某公司炼钢厂3#、4#转炉配有除尘风机（1250kW/10kV）三台，运行方式为两用一备，在改造前拖动电机与除尘风机采用的是液力耦合器的调速方式，电机起动采用水电阻软起动。

由于采用液力耦合器的调速运行方式，系统使用和维护成本高，当液力耦合器发生故障时，风机将无法运转，只能停机维修，增加了设备的故障点。而且液力耦合器在调速过程中也会有一定的能量损耗。

液力耦合器具有调节范围窄，回差大，迟滞性强，控制精度低，系统效率差，维修、维护工作量大等缺点，将液力耦合器的调速方式改为高压变频器的调速方式后，要把液力耦合器去掉，改用传动轴将风机轴与电机轴直联，不仅可以更大程度的节约电能，而且可以减轻设备的维护工作量。

1、 除尘风机高压一次系统方案

炼钢除尘风机高压一次系统图

一次系统方案采用了二拖三手动旁路方案，即配备两台变频器，通过刀闸切换达动用两台变频设备可以同时传动现场任何两台电机的目的。采用这种方案可以实现“一变一工一备”、“两变一备”、“一工一变一备”、“两工一备”四种运行模式。

三台风机均可以处于变频/工频运行状态，每台高压电机在任一运行模式下，系统具备完全的电气、逻辑闭锁和联锁双重关系。此方案共有三台单刀单掷刀闸（QS1~QS3）及三台双刀双掷刀闸（QS4~QS9）组成，其中双刀双掷刀闸自带机械互锁，保证工频电源不会直接接到变频器输出，保证变频器的安全可靠。

QS7与QS9同理。QS5与QS6自带机械互锁，保证两台变频器的输出不会直接短路，造成严重事故。同时QS4与QS5，QS6与QS7，QS5与QS2，QS6与QS2之间都为电气互锁，保证设备的安全可靠运行。为了保证安全运行，将所有隔离开关的状态点都分别送入变频器，在隔离开关位置正确时才能启动高压变频器。

这套方案在满足三台电机都能在变频运行的使用要求，而且节省了一台变频器的初期投资，具有一定的经济性。该方案的缺点是当一台变频器出现故障时，需要停车，切换刀闸位置后再重新启动电机，而不能将备用风机先开起来。该方案虽然有这一点不足，但根据炼钢的生产工艺要求，这种操作方式还是可以的。

该方案保留了原来工频系统的水电阻起动回路，当有一台变频器故障时，可以采用水电阻起动设备，以工频运行。本方案把原有的三套水电阻全部保留，这样就可以保证QS4和QS5、QS6和QS7的互锁要求，如果三台风同共用一套水电阻，则在用备用电机的水电阻带1#除尘风机电机时，需要将QS2、QS5、QS6刀闸同时合上。

由于变频器的输出电压与频率成正比关系，一旦QF3误合，由于变频器的输出电压与工频电压存在着电压差，很容易发生事故，所以不推荐工频回路采用一套水电阻通过刀闸切换来完成三台电机的工频起动。

本方案中水电阻电主回路直接接在QF1或QF3电源出线柜的下口，使水电阻在电机运行时长期带电，这样可以避免水电阻在冬天时冻冰。

2、 除尘风机变频改造控制回路方案

2． 1控制电源

高压变频器采用的是交流220V控制电源，当为变频器提供的控制电源掉电时，变频器可以通过内部配置的UPS供电，UPS内部贮存的电能可能使控制系统继续运行约30分钟的时间，同时变频器会发出轻故障告警信号，提醒值班电工采取措施。

我们的方案为高压变频器提供了两路交流电源，当一路电源出现故障时，通过刀闸切换可以在很短的时间内消除故障。因为高压配电室是无人值守，所以为了当变频器故障时，能使值班电工尽快得到信息，我们把变频器的故障报警信号节点接到高压柜的综保装置上，通过变电站与子站的通讯网络传到变电站，通过后台监视报警画面报警。

2． 2控制方式

高压变频器的控制方案采用PLC自动和手动两种方式。正常运行时，采用PLC自动运行方式，当PLC自动信号出现故障时，也可以采用手动的方式。炼钢的除尘风机根据炼钢吹炼操作过程分别在高速和低速运行。

炼钢的周期约为30分钟，在整个吹炼过程中，只有在吹氧的过程中，风机需要高速运转，高速运转的时间约占总时间的一半，其余的时间风机可以在低速运行。针对这一工艺特点，变频器的频率控制只需要开关量节点来控制高、低速即可，PLC高、低速取的是下氧枪时高速，打到炉后低速。因为在吹炼过程中，有时会有补吹，如果取下氧枪时高速，提氧枪低速，会在补吹或试枪时使变频器频繁加、减速，缩短变频器及风机和电机的使用寿命。

2.3与工频系统互锁

从本方案的系统图中可以看出，QF1（QF3）在变频回路相当一个电源开关，而在工频回路中它起着起动设备的作用。当工频起动时，QF1（QF3）开关闭合，接通电机主回路，同时它的辅助常开触点闭合，给水电阻起动信号，水电阻动极板开始下降，电机起动，当水电阻极板下降到位后，水电阻开关闭合，起动完成。

为了避免电机在变频起动时，QF1（QF3）闭合后，水电阻随动，必须把QF1（QF3）给水电阻的辅助接点的控制回路断开。可以采用转换开关的方法，即当工频起动时把转换开关打到工频位置，转换开关辅助点闭合，当采用变频起动方式时，把转换开关打到变频位置。

这种方法的优点是比较直观，但也存在着缺点：如果操作的工人由于疏忽，工频起动时忘记把开关打到工频位置，电机起动后，由于QF1（QF3）给水电阻提供节点的控制回路是断开的，所以水电阻极板不会动作，从而水电阻的阻值在电机起动中一直处于最大状态，而电机由于水电阻的分压也一直保持在低转速大电流的状态，如果不能及时发现，很容易使水电阻内的电解液沸腾，水位下降，烧毁水电阻，严重时甚至造成短路事故。

所以在制定方案时为了避免这种情况，没有采用转换开关，而是采用了QS1（QS3）刀闸的常闭辅助点，当采用风机电机采用变频供电时，QS1（QS3）刀闸闭合，其辅助触点断开，切断了QF1（QF3）开关控制水电阻起动柜的控制回路，当风机电机采用工频回路供电时，QS1（QS3）回路常闭辅助节点闭合，接通水电阻控制回路，保证工频起动时水电阻柜正常运作。

3、 结论

通过高压变频器两个月以来的运行，证明了该方案是可行的，完全能满足炼钢生产的工艺需求和电气倒闸操作的安全要求。炼钢除尘风机的变频改造总体来说有以下优点：

• 由于去掉了液力耦合器，设备的维护工作量大大减少。
• 根据工艺生产的要求，高压电机的转速高速设定为2200rpm，低速设定为1500rpm，经过两个月的测试，吨钢耗电的节电率达到了51%，有效的节约了电能，降低了生产成本。
• 由于采用高压变频器后电机的转速降低，电流减小，改变了电动机的运行工况，所以电机的噪音和发热得到有效改善，能够延长电机的使用寿命。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“炼钢除尘风机高压变频改造方案分析”，作者为李彦超。）