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圖 2. 42MW 高爐鼓風機：可靠、低維護的全新 H-modyn 系列電機

 

 

強勁且起動平穩的高爐

 

為保證高爐運行正常，鼓風機必須產生足夠的風量，有時可達每小時數十萬立方米，這就要求驅動功率達幾十兆瓦。具備最新發展水平的驅動設備由耐用的高壓同步電機和特制的起動變頻器有機結合而成，這就保證了設備的滿負荷生產應用。該系統不僅十分可靠，而且與傳統的驅動設備相比，其起動時間大為縮短。

 

位于中國東北地區的遼寧省鞍山市以其鋼鐵工業而聞名。鞍山鋼鐵集團在中國鋼鐵公司中排名第三。該公司正進行現代化改造，其中也包括安裝一套新的高爐鼓風機。位于瑞士蘇黎世的MAN-Turbomaschinen 公司贏得了該合同，按要求提供和安裝高爐鼓風  機。西門子公司為該鼓風機提供尖端的驅動技術。

 

出于大風量的考慮，要求高爐鼓風機的風量達到 460000m3/h，這需要 42MW 的額定驅動功率。在高爐工作時，要求鼓風機達到滿負荷。因為對高爐而言，情況通常是這樣的，每隔大約四到八周當高爐檢修后，鼓風機才開始起動。在它運行后，就不再要求閉環速度控制。    

而另一方面，這種大型驅動設備必須在可控方式下運行，以避免危險的電力或機械負載高峰。在這種情況下，閉環速度控制遠優于傳統的起動方法。

 

 

起動優化

 

由于起動電流會達到所用電機額定電流的 400% 到 500% ，因此幾十兆瓦功率的電機不能直接與市電相接。目前使用的電機其起動電流已高達 2737A。盡管鋼廠供電網的短路額定值較高，但由于峰值電流引起的電壓突降仍會很高。如果將這樣高功率的電機與供電線直接相連，將發生轉矩波動，使鼓風機械系統承受更大的負荷，從而導致過早的磨損甚至毀壞。

 

在過去，通常選用一些傳統的起動方法以避免這樣的后果。這些起動方法包括：限流電抗器、自耦變壓器和電機發電機，但啟動時仍需要大約 30-40% 的額定功率。這意味著傳統的起動設備解決此方面問題仍具有局限性且設備成本高。這也就是幾年來發展電子式起動變頻器的原因。

 

通過在鞍鋼高爐鼓風機上裝備起動變頻器，只需一到二分鐘，電機能夠無波動地由起動變頻器供電轉向供電線供電。這就降低了供電線和整個機械傳輸線上的壓力。這意味著部件的低耗損和長壽命。同時，起動變頻器極為可靠也是十分重要的。例如，當起動未成功  時，將會立即在起動時產生電壓突降，并試圖進行不導致任何損害的新的起動。原因是這種起動方法不會造成轉子產生熱應力。這是起動變頻器不同于限流電抗器或自耦變壓器起動的地方，在后兩種起動方式下，當電機由靜止起動時，電機的運轉如同步電機。

 

使用起動變頻器起動的成功率在 99% 以上，明顯高于傳統的起動方法。這確實是邁向高爐系統實現高利用率和大量節省成本的決定性一步。原因是避免了傳統起動方法在最壞情況下，如果起動中斷，高爐必須在裝滿料的情況下冷卻下來，從而有 10 天以上的時間不能使用。

 

協調的驅動系統

 

在選擇電機和變頻器的最佳組合時，選用了 H-modyn 同步電機和專門為該電機類型設計的 Simovert S 起動變頻器配套使用，而且被證明特別有效。鞍山鋼廠采用了一種雙極隱極式轉子同步電機，它是迄今為止所建造的新型 H-modyn 系列電機中最大的一個。H-modyn 是一種新型的電機系列，它取代了運轉良好的 H-moflex 高壓電機。

　

H-modyn 與具有同種額定值的先前系列的電機一樣耐用、可靠，不需要太多的維護。但它比較輕，整體外形尺寸明顯減小，而且易于維護。所設計的電機機殼比它的先前產品能更容易固定和安裝。主要接線盒和輔助接線盒安裝在底座上而不是安裝在機殼上。這意味著所有的定子繞組傳感器系統的連接與電機機殼分離，從而使在吊裝電機機殼時而不必卸下任何的電氣連接。

 

Simovert S 變頻器是為同步電機運行而專門開發的。Simovert S 是一種晶閘管三相橋式全數字式電流源型變頻器。它采用多處理器系統處理開環和閉環控制。

 

 

所有部件，從閉環控制、電源直到信號匹配和為外部信號設置的接線板，都以緊湊的方式納入控制柜中。直流母線電抗器和晶閘管模塊集成在功率箱中，只占據很小的空間。兩個獨立的直流母線的電抗器反向耦合，并且該技術西門子公司已獲得專利。這種電路結構可采用相當小的直流母線電抗器，它只有傳統額定功率電路結構所采用直流母線電抗器的 60%。     

 

歸功于簡單的設計，Simovert S 變頻器在運行上相當可靠，并且幾乎不需要維護。對于鞍鋼項目，由兩個 Simovert S 變頻器并聯，每 個額定功率是 4.5MW，用來提供起動所需的 9MW 功率。   

 

前景

 

與其中一個鞍鋼高爐鼓風機相配套的驅動系統已于 2003 年 6 月投入使用，第二個驅動系統也將在不久的將來投入運行。

 

尤其是對快速發展的中國鋼鐵工業諸如鞍鋼這樣的解決方案，其重要性日益凸現。原因在于，無論何地，在中國也一樣隨著市場全球化的發展，設備和系統的效率和可利用率變得越來越重要。