1引言

　　靈寶黃金股份有限公司為一家香港主板上市公司（股票代碼：3330）。公司成立于2002年9月27日，位于中國第二大產(chǎn)金省河南省的“金城”——靈寶市。公司主要從事黃金(及其伴生元素) 開采、選冶、精煉、深加工與銷售，主要產(chǎn)品為金錠，副產(chǎn)品為銀、硫酸、電解銅及電解銅箔。公司現(xiàn)有3個分公司、19個子公司。下屬靈寶黃金冶煉三分廠硫酸生產(chǎn)設(shè)備老化，該公司于2009年6月對該硫酸生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了改造，其中二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)（6KV440KW）改變了原來的閥門調(diào)節(jié)方式，采用先進(jìn)的高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)，經(jīng)過市場和行業(yè)內(nèi)調(diào)研，選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-450F系列高壓變頻器。

2項(xiàng)目改造

　　改造中在排風(fēng)機(jī)管道出口安裝壓力變送器以檢測氣體壓力變化，并將輸出信號傳輸給高壓變頻器，高壓變頻器根據(jù)壓力的變化來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量。當(dāng)高壓變頻器調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生故障時，在高壓變頻器上可以選擇人為或者自動旁路到工頻運(yùn)行。主回路改造圖如下：

圖1  JD-BP37-450F電氣改造一次主回路示意圖

電動機(jī)參數(shù)（沈陽電機(jī)股份有限公司）

風(fēng)機(jī)參數(shù)（湖北風(fēng)機(jī)廠）

3高壓變頻器原理

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　JD-BP37系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖2，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV系列有5個功率單元，每15個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。

圖2 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2功率單元電路

圖3 功率單元主電路圖

　　 每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其主電路結(jié)構(gòu)如圖所示，為基本的交-直-交雙向逆變電路，圖中通過逆變塊IGBT反并聯(lián)的二極管構(gòu)成三相全橋方式整流，整流后的給濾波電容充電，確定母線電壓， 通過對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制實(shí)現(xiàn)雙向逆變。
　　 功率單元輸出波形：

圖4 單個功率單元輸出波形

3.3輸入側(cè)結(jié)構(gòu)

　　輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，每個功率單元都承受電機(jī)電流、1/5的相電壓、1/15的輸出功率。15個單元在變壓器上都有自己獨(dú)立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，目的是實(shí)現(xiàn)多重化，降低輸入電流的諧波成分。

　　本機(jī)中移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成36脈沖整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，輸入電流諧波成分低。實(shí)測輸入電流總諧波成分小于4%。

3.4輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

圖5  5個單元輸出波形疊加圖

　　輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對每個單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。圖5為變頻器輸出的線電壓階梯PWM波形。

3.5控制器

　　控制器核心由高速32位數(shù)字信號處理器（DSP）運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到較優(yōu)的運(yùn)行性能。人機(jī)界面提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面，同時可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，可以和用戶現(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的特殊需要，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。

　　數(shù)字信號處理器（DSP）相對于模擬信號處理有很大的優(yōu)越性，表現(xiàn)在精度高、靈活性大、可靠性好、易于集成、易于存儲等方面。傳統(tǒng)的模擬信號處理技術(shù)正由全新的數(shù)字信號處理技術(shù)（DSP）所代替。DSP是面向高速重復(fù)性數(shù)值運(yùn)算密集型的實(shí)時處理。高性能DSP不僅處理速度快，而且可以無間斷的完成數(shù)據(jù)的實(shí)時輸入與輸出。DSP結(jié)構(gòu)相對單一，普遍采用匯編編程，其處理完成時間的可預(yù)測性要比結(jié)構(gòu)和指令復(fù)雜、依賴于編譯系統(tǒng)的普通微處理器強(qiáng)的多。它可以單周期完成這些乘加并行操作，而普通微處理器需要至少4個指令周期，因此在相同的指令周期和片內(nèi)指令緩沖條件下，是普通微處理器運(yùn)算速度的4倍以上。

　　另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個功率單元的控制電源采用一個獨(dú)立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場培訓(xùn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

3.6 控制電源

　　控制器有一套獨(dú)立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，給整機(jī)可靠性、調(diào)試、培訓(xùn)帶來了很大方便。

　　系統(tǒng)采用三次諧波補(bǔ)償技術(shù)提高了電源電壓利用率，利用了調(diào)制信號預(yù)畸變技術(shù)，使電壓利用率近似于1。系統(tǒng)還采用了先進(jìn)的載波移相技術(shù)，它的特點(diǎn)是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小。

4運(yùn)行情況

　　我們調(diào)試服務(wù)人員于2009年7月17號到達(dá)現(xiàn)場，經(jīng)過三天的安裝與調(diào)試后，設(shè)備一次成功投入運(yùn)行，根據(jù)管道壓力變化，高壓變頻器穩(wěn)定運(yùn)行于29Hz—46Hz，運(yùn)行輸入電流10A—32A，運(yùn)行輸出電流17A—36A，變頻平均運(yùn)行電流24A。

5節(jié)能計(jì)算

　　按工頻和變頻運(yùn)行實(shí)際電流計(jì)算，計(jì)算數(shù)據(jù)取2009年8月份技術(shù)測定

　　工頻運(yùn)行時，風(fēng)門開度為2m左右，運(yùn)行電流在36A。

　　工頻運(yùn)行時功率和耗電：

　　P1= 1.732×6×36×0.87=325.47kW   

　　N=325.47×24=7811.28kW?h

　　變頻器運(yùn)行時，風(fēng)門全開，平均運(yùn)行電流在24A，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度來滿足風(fēng)量要求。

　　變頻運(yùn)行時功率和耗電：

　　P2= 1.732×6×24×0.958=238.93kW   

　　N=238.93×24=5734.32kW?h

　　節(jié)電率：

　?。?811.28-5734.32）/7811.28=26%

　　節(jié)約電費(fèi)計(jì)算：

　　以電價(jià)0.6元/度為標(biāo)準(zhǔn)，工頻24小時耗電費(fèi)： 

　　7811.28×0.6=4686.77元

　　變頻24小時耗電量

　　5734.32×0.6=3440.59元

　　變頻改造后，日節(jié)約電費(fèi)：

　　4686.77-3440.59=1246.18元

　　一年以300天為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)：

　　1246.18×300=373854元。

6改造總結(jié)

　　根據(jù)針對該項(xiàng)目的變頻改造經(jīng)驗(yàn)以及同類其他項(xiàng)目的實(shí)踐結(jié)果，總結(jié)出風(fēng)光高壓變頻器改造具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）安裝簡單。變頻器安裝在高壓開關(guān)柜和電機(jī)之間，對原有接線改動不大。

　　（2）操作簡單。直觀的中文人機(jī)界面，設(shè)備具有開機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整等操作。

　?。?）調(diào)速平滑。能夠進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，并且調(diào)速精度高。

　?。?）節(jié)電明顯。根據(jù)工況要求，變頻器一般運(yùn)行在30Hz左右，實(shí)際輸入電流不到額定電流的一半，節(jié)電率高達(dá)26%以上。

　　（5）噪音降低。由于電機(jī)運(yùn)行于較低轉(zhuǎn)速上，運(yùn)行噪音大大降低，電機(jī)的發(fā)熱量也有明顯下降。

　?。?）保護(hù)完善。變頻調(diào)速系統(tǒng)具有完善的保護(hù)功能，降低了電機(jī)運(yùn)行中的故障率，并且啟動平穩(wěn)，啟動電流小，對電網(wǎng)的沖擊量小，大大提高了可靠性。

　?。?）輸出諧波小。變頻器輸出符合IEEE STD 519 1992及中國供電部門對電壓失真要求，高于國標(biāo)GB/T14549-93對諧波失真的要求，不需要采用輸出電抗器。

　?。?）具有星點(diǎn)漂移功能。三相輸出采用單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行中，如果有任意三個單元以內(nèi)出現(xiàn)故障，變頻器本身會自動旁路該單元，同時變頻器主控系統(tǒng)具有星點(diǎn)漂移功能，使三相輸出線電壓保持平衡，不會對電動機(jī)造成不利影響。星點(diǎn)漂移功能實(shí)現(xiàn)了高壓變頻器在一個或多個單元發(fā)生故障后，使其輸出有效電壓保持較大的幅值，使得高壓變頻器的可靠性上了一個臺階，較大限度地保證了變頻器連續(xù)安全運(yùn)行。

7結(jié)束語

　　采用高壓變頻器后電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動，電機(jī)啟動電流大大減小，其數(shù)值僅相當(dāng)于額定電流，從根本上杜絕了啟動中電機(jī)燒毀事故，電機(jī)軟啟動將啟動過程的機(jī)械沖擊減小到較小，從而延長了傳動裝置及風(fēng)機(jī)的使用壽命。同時，較小的啟動電流對電網(wǎng)也不會產(chǎn)生大的沖擊，免除了高壓電器開關(guān)被大電流擊穿的危險(xiǎn)。采用高壓變頻器可實(shí)現(xiàn)DCS控制，大大提高了控制精確性和生產(chǎn)安全性。我國冶煉煙氣制酸SO2風(fēng)機(jī)使用高壓變頻器，不僅可以解決困擾企業(yè)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行問題，而且可節(jié)約大量電費(fèi)。綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)情況分析，靈寶黃金冶煉三分廠二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)采用高壓變頻器調(diào)速是完全可行的。

　　從現(xiàn)場運(yùn)行情況來看，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-450F高壓變頻器性能優(yōu)越，運(yùn)行可靠，有效地降低了生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)材料成本日益增長的今天，通過有效的節(jié)能改造，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。