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摘 要：本文综述了高压变频器在炼铁厂部分风机上的应用情况，对改造过程、改造前后的耗电及设备运行情况进行了对比后，最终交流变频调速器，以其适用性强、可靠性高、操作方便、减少噪声、保护设备等优势，受到用户的好评。
关键字：风机、变频、风道、可靠性、减少噪声、保护设备
潍钢炼铁厂风机变频器运行现场
一、前言
潍钢集团公司炼铁厂现有4座高炉2条烧结生产线，高炉冶炼既连续不间断作业，同时又是用电耗能大户。随着国家节能减排政策的出台，企业节能改造势在必行。高压交流变频调速技术是上世纪90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术。2008年1月我厂采用北京合康亿盛公司产的10kV和6kV变频器用于交流电机的变频调速，其技术和性能远远胜过以前采用的调速方式（如串级调速、液力耦合器调速、转子水阻调速等）。我公司选用的合康高压变频器在炼铁厂4号高炉热风炉1#助燃风机、炉前除尘风机、原料除尘风机、1#2#喷煤收尘风机、1#烧结机尾除尘风机共6台设备进行第一期节能改造，并在5月份陆续安装调试完成，稳定运行至今。使我公司成为国产高压变频器的品牌基地。
二、工况简述
我公司4#高炉热风炉是为1300m3高炉配套的内顶燃式热风炉，格子砖为蓄热载体，以燃烧高炉煤气为主，燃烧制度为两烧一送，拱顶的温度可达到1300℃，烟道温度在规定的时间内达到300℃，为高炉送风的温度为1100℃左右。助燃风机的作用是抽取大气中的空气，引入热风炉中为其助燃。风机型号为9-28-14D,全压40800-12000Pa，电机型号YKK450-4 10kV 400kW ,烧炉需用风量10万m3/h 风压：4kPa 换炉时6kPa，风机进风阀开度在30%，改造前通过调节风机进风阀开度和放散阀开度满足工艺要求，在调整过程中容易产生喘震现象，对设备危害性大，并且风机运行噪音大，电机低负载率功率因数低耗能大。
高炉出铁时会有大量的黄烟，并伴有废气和灰尘，4#高炉是1300m3，每天出11炉铁水，每次大约50分钟，间隔30分钟，通过炉前除尘风机引出由布袋除尘进行处理。改造前通过调整液力耦合器转速控制布袋除尘箱体压差调整除尘效果，出铁时高转速，不出铁时低转速。为了保护电机设备，进风阀开度50%，设备利用率大大降低。
为高炉生产所供的原料，进炉前需筛分，4#高炉供料工程大小料仓18个，因筛分产生的扬尘点近百个。原料除尘风机的作用是把上料过程中产生的灰尘集中收集处理。改造前电机电流大温度高风机进口阀开度只能在50%，限制了除尘效果。
我厂4#高炉年产百万吨以上，为节能减排，2008年5月首先对热风炉助燃风机、炉前和原料除尘风机所配置的10kV400kW、10kV1120kW、10kV1000kW电机进行变频改造，目前运行情况良好，而且调节简单、省时省力，耗电量比改造前明显减少。
三、变频前后耗电情况对比
我厂于2008年5月起开始将高压变频器应用在4号高炉1#助燃风机、炉前除尘风机、原料除尘风机的节能改造，目前高压变频运转稳定，平均节电率达到30%以上，取得了显著的经济效益。表1是我厂安装高压变频前后数据对比。（注：其它3台的数据还在检测中）
表1淮钢集团炼铁厂安装高压变频前后数据对比
四、可靠性
经过对4号高炉炉前除尘原工程进行分析，对原工程的风压、风量控制由原来的液力耦合器调节改为变频器调节，由变频器对电机本身进行调速，最后达到工况要求值。液力耦合器本身能耗达10%左右，而且需要油泵及冷却水来辅助运行，故障率较高，维护成本高，特别是在夏季因耦合器产生热量较大，需加入四组冷油器，用循环水强降温，水消耗量大，资源浪费严重。原料除尘工程没有液力耦合器，只有进风阀。直接由变频器对电机本身进行调速。变频器设备接入用户侧高压开关和拟改造电机之间，变频器控制分为远程和就地操作。为了充分保证工程的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置，可在变频回路故障时将电机切换至工频状态下运行，且切换方式为手动切换。电机、高压断路保留了用户原有设备。我们保留了原操作工程，变频器故障时，电机手动切换到工频运行后，操作工按照改造前的操作达到工况要求。变频器及其工频旁路开关由变频器整体配套提供。改造后操作简单，避免了因操作失误引发的事故。进风阀全开，减少风道的振动，通过变频调速后启动制动平稳，没有大电流的波动，不对设备产生冲击，延长使用寿命，降低了故障率。
炉前出铁场除尘风机现场
针对4高炉助燃风机特殊工艺要求：3座热风炉两烧一送，约2小时换炉一次，换炉操作时间约10分钟，这期间需要频繁开关多个阀门，重要的是控制好风压、风量。所以改造过程中现场操作箱除保留紧急停机按钮和必要的信号指示外，其余频率给定、电流显示、故障指示接入上位机通过PLC控制，提高了可靠性。进风阀全开，控制电机转速满足工艺要求，喘震现象完全消除，噪音降低改善了周围环境。
[论文关键词]继电保护 电流互感器 饱和
[论文摘要]介绍湛江发电厂脱硫增压风机CT饱和引起各种电流继电器误动的原因，分析电流互感器饱和对电磁式电流继电器、晶体管或集成电路构成的模拟式电流继电器和微处理机构成的数字式电流继电器动作行为的影响。论述几种防止和抗御电流互感器饱和的方法和对策，如在较高一级的电压等级中的供电侧采取分列运行的方式以减少短路电流等。给出选择合适的保护装置和在新建工程中选择电流互感器的一些原则。
一、引言
2008年，湛江发电厂出现过厂用大容量电动机（脱硫增压风机）启动时差动保护误动作的情况。究其原因，除个别是因为整定值的问题外，大多数是因电流互感器特性不理想甚至饱和而导致的。
众所周知，设计规程中对电流互感器的选型有严格的规定，要求保护用的电流互感器在通过15倍甚至是20倍额定电流的情况下，误差不超过5%或10%，即不出现饱和。而上面提及的出现差动保护误动的情况，无一例外地都选用了保护级的电流互感器。经过对 我厂的大容量电动机起动电流的核算，最大容量的电动机启动时电流大概是开关额定电流的3～5倍，远达不到电流互感器额定电流的15倍。那为什么差动保护还会因为电流互感器饱和而误动呢？以下是笔者对问题的一点思考。
二、已建成厂用工程中防止TA饱和的方法与对策
（一）限制短路电流
在已建成厂用工程中可在较高一级的电压等级中就采取分列运行的方式以限制短路电流。分列运行后造成的供电可靠性的降低可通过备用电源自动投入等方式补救。在新建工程中短路电流过大可采取串联电抗器的做法来限制短路电流。
（二）增大保护级TA的变比
不能采用按负荷电流的大小确定保护级电流变比的方法，必须用保护安装处可能出现的最大短路电流和互感器的负载能力与饱和倍数来确定TA的变比。增大了保护级TA的变比能够有效的解决电流互感器特性不理想甚至饱和。湛江电厂脱硫增压风机6KV开关采用增大保护级TA的变比彻底解决了差动保护误动的隐患。但增大了保护级TA的变比后会给继电保护装置的运行带来一些负面影响，主要是不利于TA二次回路和继电保护装置的运行监视。
（三）减小电流互感器的二次负载
1．选用交流功耗小的继电保护装置。电磁型的电流差动继电器的交流电流功耗每回路可达8VA，而微机型继电器(如MDMB1系列)的交流电流功耗每回路仅0.5VA，相差一个数量级，应选用交流功耗小的继电保护装置。
2．尽可能将继电保护装置就地安装。TA的负载主要是二次电缆的阻抗，将继电保护装置就地安装，大大缩短了二次电缆长度，减小了互感器的负担，避免了饱和。另外，就地安装后，还简化了二次回路，提高了供电可靠性。就地安装方式对继电保护装置本身有更高的要求，特别是在恶劣气候环境下运行的能力和抗强电磁干扰的性能要好。
3．减小TA的二次额定电流。由于功耗与电流的平方成正比，将二次额定电流从5 A降至1 A，在负载阻抗不变的情况下，相应的二次回路功耗降低了25倍，互感器不容易饱和。
减小了TA的二次额定电流也会对继电保护装置产生负面影响，二次电流减小后，必须提高继电器的灵敏度，而灵敏度和抗干扰能力是一对矛盾。对于就地安装的继电保护装置，由于二次电流电缆的长度很短，现场的电磁干扰水平又比较高，仍以选用二次额定电流为5 A的互感器为好。
（四）采用抗饱和能力强的继电保护装置
1．采用对电流饱和不敏感的保护原理或保护判据。例如，采用相位判别原理的继电器比采用幅值判别原理的继电器的抗TA饱和的性能要好，因为即使在严重饱和状态，正确地恢复电流的相位还是比较容易的；又如，采用负序过电流判据比采用相过电流判据的抗饱和性能要好，因为饱和状态下剩余电流的负序分量相对于灵敏的负序电流整定值是足够大的。当然，负序电流保护存在着TA二次回路断线时容易误动作、三相对称故障时会拒动、不易整定配合的缺点，要增加附加判据来克服。
2．采用对TA饱和不敏感的数字式保护装置。如前所述，瞬时值判别比平均值判别或有效值判别的抗TA饱和的性能要好。对于带时限的保护，电流的非周期分量对继电器的动作正确性和准确性的影响不大，采用全电流判别比采用工频分量判别的抗TA饱和性能要好。
3．有效地利用电流不饱和段的信息。TA在电流换向后的一段时间内不饱和，在短路开始的1/4周期内也不饱和，可以有效地加以利用。采用快速保护判据，在电流饱和前就正确地做出判断（例如高阻抗电流差动继电器）是一种典型的抗TA饱和做法。采用贮能电容或无源低通滤波器对饱和电流波形进行削峰填谷以缩小电流波形的间断角也是一种简单有效的办法。
三、结语
为了避免差动保护的电流互感器大容量电动机启动时因电流过大出现饱和而导致差动保护误动作，除了在设备选型上要确保选用容量足够的保护级电流互感器外，还可根据电流互感器的伏安特性曲线和现场实测的电流互感器二次回路负载阻抗计算出电流互感器的饱和点，以此推算出在最大可能出现的穿越电流作用下，电流互感器是否会饱和以及差动保护是否会误动作。如计算结果显示电流互感器确会因较大穿越电流而饱和，则应更换更大容量的电流互感器，或将电流互感器二次回路的电缆截面加粗，以减小二次负载的阻抗，保证差动保护的可靠性。湛江电厂脱硫增压风机6KV开关通过增大保护级TA的变比彻底解决了差动保护误动的隐患，并且正在运行的断路器和继电保护装置没有更换掉因此兼顾了经济性。
参考文献：
[1]贺家李、宋从矩，电力工程继电保护原理[M]. 第2版.北京：水利电力出版社，1985.
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