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摘?要 通过西门子完美无谐波高压变频器应用在高压水除鳞泵的变频改造上，取得了预期的经济效益，减少了维护工作量，有利于公司节能减排。
关键词 高压变频；高压水除鳞系统；节能
中图分类号 TM921 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0132-02
1 概述
完美无谐波变频器是西门子公司设计的脉宽调制PWM技术的高压变频器系列，该变频器技术是目前业界最广泛采用的技术。为了实现优质的可变频的正弦电压和电流的输出，将从三个方面考虑：第一是将很多低压功率单元串联成高压采用直接高一高变换的方式，第二是多电平串联倍压的技术方案，第三是提升的PWM控制算法，实现精准控制。
唐山不锈钢1?580 mm热轧生产线高压水除鳞系统目前有除鳞泵主电机4台，电压6 kV AC，电流387.5 A，功率3?550 kW。根据工艺要求，生产时需开三备一，其中两台工作在工频状态下，一台工作在变频状态下，轧线上无钢时，除鳞泵以20 Hz频率运行；过钢时，以50 Hz频率运行。除鳞泵在变频改造前存在两方面的问题：一方面，除鳞泵启动时，机械冲击大，造成轴承及传动系统使用寿命的降低，且对电网产生多次谐波，有时候会误动高压微保；另一方面，在除鳞泵工频运行时，无法调速，造成电能的极大浪费。为了进一步优化除鳞泵运行工况，节能降耗，所以对高压水除鳞泵进行了高压变频改造。
2 设计方案及调试过程
2.1 功率单元串联多电平型高压变频器工作原理
这种变频器采用世界上比较先进的技术，原理是各相将很多低压功率单元串联在一起实现高压，每个功率单元由一个多绕组的变压器供电，同时变压器还起到了降压、移相、隔离的作用，可有效消除对电网的谐波污染，保护电网的稳定运行。输出侧采用PWM技术．用微处理器高速计算来实现精准控制，为减少干扰用光导纤维隔离驱动，普遍适用于各种高、中、低电压的电机。另外，当某个功率单元在出现损坏时，其余的功率单元可继续保持电机的运行，此时不但保证生产的连续稳定，同时也保证了设备的安全运行。此变频系统另一大优势就是采用模块化设计，一旦出现事故，可迅速更换故障模块，减少事故时间，降低维护成本。功率单元原理图如图1所示。
2.2 设计方案
1）变频器的运行根据生产需要自动调节除鳞泵的电机转速。变频启动后，升频至工频时，手动切换至工频旁路运行，两台电机以工频运行，一台电机以20 Hz运行。
2）高压水除鳞系统传给轧线控制中心准备就绪信号和升速完成信号；同时轧线控制中心将升速信号和急停信号传给高压水除鳞系统。轧线控制中心必须在接收到高压水除鳞泵站控制系统给出的准备就绪的信号之后，才能启动喷射阀。
3）变频器的运行状态参数特别是报警参数应及时传送至上位机的监控画面，以便操作人员实时监控，出现问题时，及时
处理。
4）当除鳞泵发生堵转或过载时，变频器具有过载能力以及过流保护措施。
5）由于高压变频器（包含变压器单元）发热量很大，工作时需要良好的散热条件。这就要求变频器周围环境既通风干燥又要远离粉尘。
2.3 变频器的控制调试
1）变频器FEEDBACK试验，保证高压部分完全隔离，将变频器设置为开环测试模式，查看单元板指示灯，保证每个功率单元板正常。
2）变频器带电机空载试验，检查高压输入和输出电缆及控制电缆，控制环类型设置为开环矢量模式，变频器已准备好，远程启动变频器，分别将速度给定为50%和100%时，记录I/O面板上各点标定值，保证功率单元的触发角满足生产需要。
3）变频器带载试验（电机由变频上切至工频运行），检查高压部分和控制系统送电，检查变频器参数设置，控制环类型设置为开环矢量模式，变频器已准备好，远程启动变频器，缓慢升频至50 Hz，高压水除鳞系统发出升频完成信号，见图2所示。轧线控制系统收到此信号，并在瞬间发出允许电机工频运行信号，变频器瞬间上切完成，见图3所示。电机由变频转为工频运行见图4所示。
图2 变频器升频完成运行时
由上图中可以看出，变频器输入频率（Input Frequency）为50.31 Hz，输出频率（Output Frequency）为49.65 Hz，变频器上切请求（UpTransferRequest）为1，变频器上切允许（UpTransferPermit）为0，也就是说此时是变频器升频完成，请求工频运行的瞬间。
图3 轧线控制系统发出允许电机工频运行信号的瞬间
由上图中划线处可以看出，变频器输入频率（Input Frequency）为50.31 Hz，输出频率（Output Frequency）为49.65 Hz，变频器上切请求（UpTransferRequest）为1，变频器上切允许（UpTransferPermit）为1，也就是说此时是轧线控制系统发出允许电机工频运行信号的瞬间。
由图4可以看出，变频器输入频率（Input Frequency）为
49.17 Hz，输出频率（Output Frequency）为0 Hz，变频器上切请求（UpTransferRequest）为0，变频器上切允许（UpTransferPermit）为0，也就是说此时是变频器上切完成的瞬间。
3 预期经济效益
改造前，三台高压水除鳞泵工频运行，每天耗电量大约为2.4万度，一个月按20天计算，月耗电量约为48万度，电能耗费巨大；改造后，每天耗电量大约为1.5万度，月耗电量约为30万度，大大节约了电能，达到了预期的经济效益。另外，水除鳞泵的机械备件更换周期也相应延长，设备事故率下降，人工维护成本大大降低。
图4 变频器上切完成的瞬间
4 结束语
西门子高压变频器在高压水除鳞系统中运行更加平稳，从而降低了设备故障率，减小了维护工作量，取得了预期的经济效益，更重要的是节约了大量能源，随着高压变频技术的普及，这一节能途径必将为企业的节能降耗发挥更大的作用。
参考文献
[1]马风歧.高压变频器在锅炉引风机上的应用[J].电力系统装备,2009,4.
[2]梁栋.高压变频器在转炉煤气回收风机上的应用[J].山西冶金,2009,3.
[3]宁华.利用高压变频器对600MW机组进行节能改造[J].中国设备工程,2010,02.
关键词 高压变频；高压水除鳞系统；节能
中图分类号 TM921 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0132-02
1 概述
完美无谐波变频器是西门子公司设计的脉宽调制PWM技术的高压变频器系列，该变频器技术是目前业界最广泛采用的技术。为了实现优质的可变频的正弦电压和电流的输出，将从三个方面考虑：第一是将很多低压功率单元串联成高压采用直接高一高变换的方式，第二是多电平串联倍压的技术方案，第三是提升的PWM控制算法，实现精准控制。
唐山不锈钢1?580 mm热轧生产线高压水除鳞系统目前有除鳞泵主电机4台，电压6 kV AC，电流387.5 A，功率3?550 kW。根据工艺要求，生产时需开三备一，其中两台工作在工频状态下，一台工作在变频状态下，轧线上无钢时，除鳞泵以20 Hz频率运行；过钢时，以50 Hz频率运行。除鳞泵在变频改造前存在两方面的问题：一方面，除鳞泵启动时，机械冲击大，造成轴承及传动系统使用寿命的降低，且对电网产生多次谐波，有时候会误动高压微保；另一方面，在除鳞泵工频运行时，无法调速，造成电能的极大浪费。为了进一步优化除鳞泵运行工况，节能降耗，所以对高压水除鳞泵进行了高压变频改造。
2 设计方案及调试过程
2.1 功率单元串联多电平型高压变频器工作原理
这种变频器采用世界上比较先进的技术，原理是各相将很多低压功率单元串联在一起实现高压，每个功率单元由一个多绕组的变压器供电，同时变压器还起到了降压、移相、隔离的作用，可有效消除对电网的谐波污染，保护电网的稳定运行。输出侧采用PWM技术．用微处理器高速计算来实现精准控制，为减少干扰用光导纤维隔离驱动，普遍适用于各种高、中、低电压的电机。另外，当某个功率单元在出现损坏时，其余的功率单元可继续保持电机的运行，此时不但保证生产的连续稳定，同时也保证了设备的安全运行。此变频系统另一大优势就是采用模块化设计，一旦出现事故，可迅速更换故障模块，减少事故时间，降低维护成本。功率单元原理图如图1所示。
2.2 设计方案
1）变频器的运行根据生产需要自动调节除鳞泵的电机转速。变频启动后，升频至工频时，手动切换至工频旁路运行，两台电机以工频运行，一台电机以20 Hz运行。
2）高压水除鳞系统传给轧线控制中心准备就绪信号和升速完成信号；同时轧线控制中心将升速信号和急停信号传给高压水除鳞系统。轧线控制中心必须在接收到高压水除鳞泵站控制系统给出的准备就绪的信号之后，才能启动喷射阀。
3）变频器的运行状态参数特别是报警参数应及时传送至上位机的监控画面，以便操作人员实时监控，出现问题时，及时
处理。
4）当除鳞泵发生堵转或过载时，变频器具有过载能力以及过流保护措施。
5）由于高压变频器（包含变压器单元）发热量很大，工作时需要良好的散热条件。这就要求变频器周围环境既通风干燥又要远离粉尘。
2.3 变频器的控制调试
1）变频器FEEDBACK试验，保证高压部分完全隔离，将变频器设置为开环测试模式，查看单元板指示灯，保证每个功率单元板正常。
2）变频器带电机空载试验，检查高压输入和输出电缆及控制电缆，控制环类型设置为开环矢量模式，变频器已准备好，远程启动变频器，分别将速度给定为50%和100%时，记录I/O面板上各点标定值，保证功率单元的触发角满足生产需要。
3）变频器带载试验（电机由变频上切至工频运行），检查高压部分和控制系统送电，检查变频器参数设置，控制环类型设置为开环矢量模式，变频器已准备好，远程启动变频器，缓慢升频至50 Hz，高压水除鳞系统发出升频完成信号，见图2所示。轧线控制系统收到此信号，并在瞬间发出允许电机工频运行信号，变频器瞬间上切完成，见图3所示。电机由变频转为工频运行见图4所示。
图2 变频器升频完成运行时
由上图中可以看出，变频器输入频率（Input Frequency）为50.31 Hz，输出频率（Output Frequency）为49.65 Hz，变频器上切请求（UpTransferRequest）为1，变频器上切允许（UpTransferPermit）为0，也就是说此时是变频器升频完成，请求工频运行的瞬间。
图3 轧线控制系统发出允许电机工频运行信号的瞬间
由上图中划线处可以看出，变频器输入频率（Input Frequency）为50.31 Hz，输出频率（Output Frequency）为49.65 Hz，变频器上切请求（UpTransferRequest）为1，变频器上切允许（UpTransferPermit）为1，也就是说此时是轧线控制系统发出允许电机工频运行信号的瞬间。
由图4可以看出，变频器输入频率（Input Frequency）为
49.17 Hz，输出频率（Output Frequency）为0 Hz，变频器上切请求（UpTransferRequest）为0，变频器上切允许（UpTransferPermit）为0，也就是说此时是变频器上切完成的瞬间。
3 预期经济效益
改造前，三台高压水除鳞泵工频运行，每天耗电量大约为2.4万度，一个月按20天计算，月耗电量约为48万度，电能耗费巨大；改造后，每天耗电量大约为1.5万度，月耗电量约为30万度，大大节约了电能，达到了预期的经济效益。另外，水除鳞泵的机械备件更换周期也相应延长，设备事故率下降，人工维护成本大大降低。
图4 变频器上切完成的瞬间
4 结束语
西门子高压变频器在高压水除鳞系统中运行更加平稳，从而降低了设备故障率，减小了维护工作量，取得了预期的经济效益，更重要的是节约了大量能源，随着高压变频技术的普及，这一节能途径必将为企业的节能降耗发挥更大的作用。
参考文献
[1]马风歧.高压变频器在锅炉引风机上的应用[J].电力系统装备,2009,4.
[2]梁栋.高压变频器在转炉煤气回收风机上的应用[J].山西冶金,2009,3.
[3]宁华.利用高压变频器对600MW机组进行节能改造[J].中国设备工程,2010,02.