图4 星点漂移示意图
图5 上位机运行画面
5 变频器的安装
高炉鼓风机作为钢铁厂最为关键的设备，它的停机轻则会导致炼铁厂的停产，重则会导致事故发生，所以必须要保证高炉鼓风机的稳定运行。
5.1 变频器的现场散热处理
大功率变频器作为一个比较大的发热源，它运行时的散热就显的尤为重要。高炉鼓风机位于高炉附近，周围的粉尘量比较大，特别是导电性粉尘，所以在选择变频器的冷却方式上只有以下两种：
（1）风冷和空调配合使用；
（2）为液体冷却(一般为水冷)。
由于高压变频器中需要冷却的元器件均为导电体，因此在设计液体冷却系统时必须采用间接液体冷却，这使得冷却系统的设计极为复杂，且成本高；又因为液体冷却系统一处出问题有可能导致整个冷却系统的瘫痪，所以稳定性也低。
表2 变频器未安装以前电机运行数据
表3 变频器安装后
表4 空调耗电量
表5 高压电机轴振动幅值
相反，风冷具有：
（1）设计简单；
（2）可以采用冗余设计；
（3）与空调冷却配合使用，可以使变频器的运行环境相对封闭，保证变频器的卫生条件。
综合考虑，我们在6500kw/10kv变频器的冷却方式上选择了风冷，并配合空调冷却使用。
1台完整的高压变频器分为4部分：旁路柜、变压器柜、功率单元柜和控制柜。变压器柜和功率单元柜几乎占了整机全部的发热量。变压器柜相对于功率单元柜所要求的运行环境要低的多，而且这么大的变频器，里面移相变压器的发热量也不小，为了节省空调使用数量，在变频器结构设计上采用变压器柜和功率单元柜分开放置的方法。
具体方法为：变压器柜与功率单元柜中间隔开700mm的距离，变频器安装完成后中间采用隔热材料隔开，这样就使得一台变频器放在两间房子里了。变压器柜与旁路柜在一起并采用强迫风冷，然后再在变压器柜顶安装风道，收集变压器的产热直接排到安装环境之外；功率单元柜与控制柜在一起安装在一个相对独立且封闭的房间里，也采用强迫风冷，并在房间内安装空调来降低环境温度，保证功率单元柜及控制柜的运行环境。
安装空调时为了保证变频器的安全运行，要求空调有足够的制冷量且有余量。因为没有变压器的热量，所以按照变频器额定功率3%的发热量来设计空调：
6500×0.03=195(kw)
现场实际安装空调数量为8台制冷量为24kw的空调，单台空调是独立的，这样保证单台空调出现问题是不会影响机器的运行。
实际运行情况为在夏天天气最热的几天里，同时7台空调运行，就能把环境温度控制在27℃左右。
5.2 上位机控制
因为高炉鼓风机压力操作比较频繁且精度要求比较高，综合考虑后，变频器控制方式采用上位机控制。运行界面如图5所示，采用rs-485网络与变频器通讯。上位机控制方式控制变频器的运行频率比模拟量控制更准确，使高炉压力的调节更加精确，做到高炉压力完全无波动调节，且能实时记录变频器的运行数据并保存，以供需要时查询，进一步保证高炉的稳定运行。
5.3 故障自复位
为了在变频器故障时能最大限度的减少损失，变频器增加了故障自复位功能，在变频器不断高压电的情况下，通过软件或故障复位按钮设置能让变频器故障自复位。这可以使变频器出现故障后以最快的速度再次投入运行。
6 变频器的使用效果
6500kw/10kv高压变频器在山西永恒工贸高炉鼓风机正式投产日期为2010年5月5日，至本文完成时已安全无故障运行半年有余。高炉鼓风机变频改造后显示出以下优点：
6.1 节电效果明显
在变频器没有安装以前，高压电机采用定子串水电阻启动，风压通过风门调节。这样电机始终运行在额定状态，变频器安装以后风门全开，风压通过调节变频器频率实现，达到实现了节电的目的，表2、表3和表4对节电量作了定量分析。
定量计算：电价按0.45元/kw·h计算，一年运行时间按330天。
电机工频年耗电量：
w工=1.732×10×366×0.9×24×330
=45185247.36（kw·h）
变频器耗电量：
w变=1.732×10×270×0.95×24×330
=35185233.6（kw·h）
空调最大耗电量：
w空=1.732×380×17.5×0.85÷1000×7×24×330
=542764.807（kw·h）
年节省费用：
f= (w工－w变－w空) ×0.45
=(45185247.36－35185233.6－542764.807)×0.45
=9457248.953×0.45
=4255762（元）
综上所述，变频改造后，节能效果是非常显著的。
6.2 变频器软启动功能解决鼓风机启动问题
永恒工贸一共有三个厂区：铁厂、烧结车间和钢厂。三个厂区公用一个变压器，变压器容量为25000kva。而6500kw/10kv高炉鼓风机使用定子串水电阻方式启动，启动时冲击电流大，持续时间长，这使得在铁厂高炉鼓风机启动时必须让烧结车间与钢厂停止生产，把所有的大型用电设备停掉，然后才能启动。这样麻烦的启动方式致使在设备检修不出铁时也尽量不让高炉鼓风机停止，这不仅使机器的检修不方便，也无形中造成了大量电能的浪费。
使用上变频器以后，变频器带动电机从0.5hz软启动，启动电流不超过额定电流，不仅让高炉鼓风机开停机极为方便，也节约了电能；还减小了启动时对电机、风机及整个高炉系统的冲击。
6.3 减小电机振动及噪音
6500kw电机因功率大，运行时噪音污染特别严重。但是高炉鼓风机作为重要环节必须24h有人监护，这种环境势必要给工人的身心健康造成严重伤害。最大限度的减小电机、风机的振动，不但能改善监护人员的工作环境，还能延长设备寿命，减少设备故障率及维护、维修费用。
表5是用变频前后高压电机轴振动幅值：由表可知，使用变频器可有效减少设备振动，从而降低噪音，减少设备维护费用。
6.4 变频器的其他优点
（1）飞车启动功能：能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。
（2）矢量控制技术和载波移相控制技术：采用高速dsp作为中央处理器，运算速度更快，让控制更精准。
（3）旋转中再启动功能：运行过程中高压瞬时掉电30s内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频器自动运行到掉电前的频率。
（4）运行过程中外部频率给定信号出现故障（短路或开路），整机维持故障前的运行频率不变，给出报警信号。
（5）参数自整定功能：无须手动设置，自识别电机参数，适配于普通异步电机。
（6）整机旁路功能：在变频器整机出现故障时，变频器能提供工频旁路，让系统继续运行。
7 结束语
高炉鼓风机经过变频改造后，不仅达到了良好的节能效果，并且使整套高炉系统的稳定性提高了一个台阶。这是国内为数不多的超大功率高压变频器在高炉风机上的应用，改造是极为成功的，也说明了国产高压变频器已经拥有了生产超大功率高压变频器的技术。
随着国家对节能减排工作的越来越重视，企业通过各种措施降低生产成本，其中变频技术起到了关键作用，取得了明显的经济效益和社会效益，适应了国家建设资源节约型社会的潮流。
作者简介
陆思党 男 技术支持工程师，供职于山东新风光电子科技发展有限公司。
参考文献
[1] 山东新风光电子使用手册[z]．山东新风光电子科技发展有限公司．
[2] 山东新风光电子jd-bp38-6500f高压变频调速系统山西永恒公司调试大纲．
[3] 山东新风光电子jd-bp38-6500f高压变频调速系统山西永恒公司验收报告．
作 者：山东新风光电子科技发展有限公司 陆思党
