摘要：本文主要介绍户外整装结构箱式高压变频器在德胜钢铁混铁炉除尘及转炉二次除尘上的应用情况，着重分析箱式高压变频器与常规冷却系统高压变频器的不同之处。结果表明，集装箱式高压变频器具有安装简便、监控灵活、稳定可靠等一系列优点。
关键词：箱式 高压变频器 二次除尘 混铁炉除尘
一、引言
四川德胜集团钢铁有限公司(图1)是德胜集团的核心企业之一，经过十年多的发展，现有员工2500人，拥有各类专业技术人才500余人,资产48亿元, 现已形成100万吨钢及配套生产能力，是四川省委、省政府确定的四川钢铁行业“一大四骨干”重点骨干钢铁企业，是四川省 “三个百亿工程重点培育的资源优势类企业”，被列为四川省政府重点扶持的首批迅速做大做强的大企业大集团之一。公司按照省委省政府“加快发展、科学发展、又好又快发展”的要求，坚持走节能减排、资源综合利用、发展循环经济的道路，在混铁炉除尘风机和转炉二次除尘风机技改项目中，淘汰了传统的液力耦合器调速方式，并经过多方比较最终选定北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A型高压变频器。
图1 德胜钢铁
图2 混铁炉除尘风机(拆除液力耦合器后用长轴连接)
混铁炉是高炉和转炉之间的炼钢辅助设备，它主要用于调节和均衡高炉和转炉之间铁水供求，存贮并保温由高炉冶炼出来的铁水,混合均匀不同高炉冶炼出来的不同温度及化学成份的铁水，并不间断地供给转炉。混铁炉与转炉在兑铁水时均散发大量烟尘及有害气体，不仅污染环境，还对工作人员的健康造成危害，也不利于仪器仪表的长期稳定运行。除尘是一个不可缺少的环节。
改造前两台风机均采用液力耦合器调速，但由于液力耦合器本身技术缺陷，其存在不可避免的缺陷：
(1) 在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速响应;
(2) 液力耦合器本身控制精度差，调速范围窄，通常在40%～90%之间;
(3) 电机启动时，冲击电流较大，影响电网的稳定性;
(4) 在高速运行时，液力耦合器有丢转现象，严重时会影响工作的正常进行;
(5) 液力耦合在调速运行时产生机械损耗和转差损耗，效率较低，造成电能浪费;
(6) 液力耦合器工作时是通过一导管调整工作腔的充液量，从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求，因此，对工作腔及供油系统需经常维护及检修。
改造后采用高压变频器调速，相较液力耦合器而言，变频器调速具有以下优点：
(1) 启动平稳无扰动，大大降低启动电流，减少了对设备和电网的冲击;
(2) 调速范围更广，可在0.5Hz~50Hz内调速，调速精度更高;
(3) 可根据负载要求调速，电机不必始终运行在工频下，节能效果明显;
(4) 可在中控室调整、监控所有信号，自动化程度提高
图3转炉二次除尘风机(拆除液力耦合器后用长轴连接)
二、 整装结构箱式高压变频器介绍
随着高压变频器越来越多的应用于钢铁、水泥、火电、化工等行业，作为精密电子器件，灰尘、温度直接影响其稳定性及寿命，用户迫切需要解决的问题是如何为高压变频器提供一个良好的运行环境，因此，整装结构箱式高压变频器应运而生。箱式高压变频器采用全密闭式结构，可有效阻止灰尘进入，集成的一体化冷却系统可保证箱内温度在30～40℃之间。箱式高压变频器可分为HARSVERT高压变频器和BLH-SCS高压变频器环境控制系统两大部分。
图4 户外整装结构箱式变频器
2.1 HARSVERT高压变频器
HARSVERT高压变频器是利德华福公司自主研发生产的电机调速设备，采用单元多电平串联拓扑结构，有效抑制谐波产生，输入输出无需加装谐波滤波器;中间储能元件采用大电容，大大提高输入侧功率因数而不必额外采用无功补偿。设备提供精确的故障定位及查询功能，任何情况下，用户都可以通过故障查询窗口及时获知系统的当前状况及已发生过的历次故障信息，包括故障发生时间、原因及位置，以便采取相应的处理措施。同时过压、欠压、缺相、过流、轻过载、重过载等检测功能，让电机可以安全运转。HARSVERT高压变频器经过十多年的发展，运行稳定可靠，操作简便，接口灵活多样，得到了用户的广泛认可。
2.2 BLH-SCS集中环境控制
BLH-SCS高压变频器环境控制系统的一体化冷却装置是北京利德华福电气技术有限公司专为HARSVERT变频器的户外整装结构设计。该控制系统主要包括：电控柜、制冷压缩机组、表冷器以及配套的变频器功率柜顶离心风机、凝水盘、排水管道等结构件。该装置通过变频器柜顶冷却风机排出的热风通过表冷器降温冷却后排入到箱体内部，通过功率柜、变压器柜正面的通风口进入设备内对功率模块和变压器进行冷却。功率柜和变压器内部散失的热量通过表冷器内流动的制冷剂带到设备外，由压缩机组通过室外机散热把热量排出。电控柜根据环境温度和功率柜风机排风温度，将箱体内温度控制在30～40℃之间;同时，提供一体化冷却装置在事故和非正常运行状态下的故障点判断、事故自动处理等逻辑控制，满足高压变频器对运行环境的高安全、可靠性要求。
图5 强制密闭式冷却装置整装示意图
1、柜顶风机 2、功率柜顶表冷器 3、变压器柜顶表冷器 4、电控柜 5、制冷压缩机组
图6 室内变频器和一体化冷却装置
图7 压缩机室内部
一体化冷却装置共有四台制冷压缩机(11#，12#，21#,22#)，为适应高低温季节变化带来的压缩机效率变化，减少压缩机启停次数，装置按照一大一小选配压缩机，其中1#压缩机为小功率，2#压缩机为大功率。动力配电由两路380VAC电源接入，两路电源互为备用，正常情况下两路电源各自为两台压机供电，当一路电源出现问题时，另一路电源通过自动切换为全部压机供电。
装置根据变频器功率柜和变压器柜柜顶排风口的温度检测信号，实现变频器箱体内环境温度控制，将功率柜内的温度控制在30～38℃和变压器柜内的温度控制在53～58℃的一个宽带范围内。当变频器功率柜顶排风口温度测点2的信号到达38℃时，启动其中的11#压机工作;当变频器负荷过高，单台压机不能维持变频器功率柜温度稳定时，电控系统在41.5℃自动启动第二台12#压机。温度在控制过程中仍不能达到温度稳定的，功率柜温度上升至43℃时，自动打开应急通风系统，进行开放式循环。
图8 冷却系统监控画面
正常运行情况下，一台压机满负荷工作能够满足变频器满载工况的冷量需求，在夏季极端恶劣工况下，备用压机的辅助冷却能够稳定风机出风口温度在41.5℃以内(功率柜内温度<38℃)。首先启动的压机称之为工作压机，是在40℃启动、36℃停止，周期往复式运行;另外一台为备用压机在(冬季用)38℃启动、33℃停止。变压器温度控制方式跟功率柜控制方式相同，只是压缩机启动温度有差异，变压器柜顶压缩机在夏季是22#压缩机在60℃时启动，56℃时停止;冬季是21#压缩机在58℃时启动，53℃时停止;两台压缩机的连锁启动值在61.5℃。
为了保证变频器能够安全稳定运行，系统提供环境、柜顶风机出口、表冷器温度等多个位置测点的温度判断，确保冷却装置控制准确、保护有效，确实出现问题时可自动切除，并发出轻度故障报;具有功率柜出风口温度过低的保护功能，当功率柜出风口温度低于最低停机温度定值2℃以下时，系统断开压缩机组的合闸操作回路，禁止以任何方式启动压缩机组运行;具有压缩机低压保护、高压保护、相序保护、过载保护等功能，在手动或自动运行方式下均处于有效状态;具有应急通风功能，在系统消防检测装置报警状态消失2分钟后，启动应急通风设备，将变频器室的灭火烟雾释放至室外;提供应急照明功能，方便用户在断电小于90分钟时间内，在变频器室内进行检修操作。
三、节电率分析
以上为最近几个月设备用电情况，从表中数据可以看出，设备节能效果是非常明显的。
四、结论
户外整装结构箱式变频器安装灵活简便，无需建造变频器室，在防尘、控温方面优势明显，可为变频器提供良好的运行环境，为变频器的稳定运行提供有力保障，值得大力推广。
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