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摘要：介紹了邯钢新建435㎡烧结机时如何对主抽风机进行运行优化选择，对新建项目有良好的指导作用。
关键词：主抽风机;高压变频器;运行方式;故障应急保障
分类号：TM921.51
邯钢为了响应环保要求，淘汰落后产能，优化产品结构，淘汰了两台90㎡烧结机，同时为了满足铁水的需要，新建了一台435㎡烧结机，新建之初，关于主抽风机运行方式讨论了好久才确定方案，建成投产后，从目前实际使用情况来看，当时决策是合理的、成功的。现在对其做一个回顾和总结，希望对大家有所裨益。
一、变频器运行方式的选择
新435㎡烧结机配备2台主抽风机，主抽风机可以采用2台风机共用一台变频器分别软起启动2台主抽风机，然后风机工频运行，靠挡板调节方式节能;另一种是上两台高压变频器，与主抽风机一一对应，生产中风机变频运行，通过变频节能降低生产成本。
如上图，由风机节能原理：
风量变化与转速变化成正比关系
风压变化与转速变化成平方关系
功率变化与转速变化成立方关系
在70%设计流量下运行时，变频运行能比用挡板调节方式节能28%。现在用西门子在线变频运行与西门子软启动投资对比：
一套西门子软启动价格100万美元左右，西门子罗宾康在线运行变频器为软启动的2倍左右，则为200万美金左右。两台变频器比一套软启动贵300万美金，折合人民币1845万，考虑到30%进口关税，则会增加2398.5万投入。
邯钢原有的老435㎡烧结机工频运行时主抽风机入口压力约-16500Kpa，入口流量约14000m3/min、入口温度120℃，风门开度75%，风机转速1000转，电机额定功率7800KW，平时有效功率6000KW。
根据风机、泵类平方转矩负载关系式：p/po=（n/no）3计算（式中po为额定转速no时功率，p为额定转速n时功率），如果采用西门子变频在线运行，负荷按大约70%计算，则变频节电：
7800KW×24h×（1-0.73） ×350天×0.5元/度=2152万元
现在的风门执行机构节电：
1800KW×24h×350天×0.5元/度=756万元
两者对比节电：2152-756=1396万元
假设两台情况相同，则1396*2=2792万人民币
即不到一年就可收回多投入成本。
以上是根据公式计算出投资效益比，那么对应变频运行曲线我们进行计算，达到同样的流量和压力风机转速只需要到845转，此时电机的有效功率为3050KW。
则节电5488KW-3050KW=2438KW.
2438KW*24h*350d*0.5RMB/Kwh=1024万人民币
假设两台情况相同，则1024*2=2048万人民币
即不到一年多一点就可收回成本。
经过以上两种算法、成本对比，最终邯钢新435㎡烧结机主抽风机采用变频运行模式。
新435㎡烧结机投运后，主抽风机在工频运行时依靠风门执行机构挡板调节风量，在正常生产时每台电机运行电流约300A左右，而采用变频运行后，每台电机运行电流约200A左右，降低约100A，年节电462万元，节能效果显著。从实际效果来看，比当初论证更好。
二、主抽风机高压变频器故障应急保障的选择
主抽风机作为烧结生产的核心设备，其设备状况直接关系到生产能否顺利进行。而烧结生产又是24小时不间断连续生产，因此对主抽风机相关设备状况提出更高要求。为了防止一旦一台主抽风机高压变频器故障导致烧结减产，需要应对高压变频器故障时采用应急保障来保障生产。
当时考虑两种故障应急保障方法：第一种方法是为两台高压变频器配备一台备用软启动器，一旦变频器故障能切换到软启动器启动，主抽风机工频运行;第二种方法是利用现有的两台高压变频器，主抽风机采用一对一变频调速运行，要求在其中一台变频器故障时，另一台能够启动两台主抽风机，此时两台主抽风机中一台变频调速，一台工频运转。
这次选择就比较简单，从投资角度来看第一种方法比第二种要大;从将来设备维护来讲，第二种方法备件费用由于比第一种相比减少了高压软启动器费用、技术掌握上减少了高压软启动器相关知识点，从而优于第一种。因此我们采用第二种方法。
下面简单讲述一下采用第二种方法如何实现应急保障（变频器通过招标采购最终选用了TMEIC产品）：
首先提供两路10kV高压电源到变频器室，接在两路高压母线的高压进线开关柜QF1、QF2入口处。作为两段母线的总的进线开关。变频器室的变频器按两段母线设计。以A段母线为例，每段母线接一台母线进线断路器柜QF1/QF2（带综保），一台PT柜（PT1/PT4，带熔断器保护），一台变频器输入开关柜AL2/BL2（带变压器保护），和一台工频旁路用的开关柜AL1/BL1（带电机保护），还有另一段母线变频器的跨接变频器输入断路器AL3/BL3（带变压器保护）。
A、B段母线不同时运行两台风机。
变频器A/B的输出端可以交叉，分别接两台电机IM1/IM2，因此每台变频器输出到两台电机之间有两台输出开关柜（AO1/B01、AO2/B02），不带保护。还有用于软启动的变频输出母线的输出PT柜（PT2/PT3，带熔断器保护）。整个系统的两台风机既可以变频运行，又可以软启。因为电网的短路容量不大，因此变频器输出到电机之间不需要电抗器。
这些变频器输出端的断路器柜AO1，AO2，BO1，BO2都不带综保。由变频器提供电机的保护。所有开关柜见下面的系统图：
主电路的工作原理和切换过程： 1）正常运行情况下，进线柜QF1/QF2闭合，两段电源母线都带电，变频器输入高压开关AL2/BL2闭合给变频器A/B供电。合变频器输出开关AO1/BO2，使变频器A/B各自带电机IM1/IM2变频运行。此时两台变频器各自都带一台电机变频运行。
2）如果变频器A故障，变频器A会跳输入开关AL2。PLC同时发指令断输出开关AO1。电机IM1临时停止。变频器B带电机IM2继续变频运行。
3）变频器B将电机IM2升速到50Hz，同期检测装置25，检测B段母线的PT4與变频器输出变频母线PT3之间的频率和电压，相位等。一旦达到同步，即变频器输出的频率，电压，相位和电网完全相同，发信号给PLC。变频器有内外双同期检测功能。PLC确认变频器内部的同期检测装置也发出同期信号后，确认变频器输出电压与电网电压确实同期，不会误切。然后PLC再发指令合电机IM2的旁路开关BL1，使电机IM2投入到旁路运行。由于变频器输出电压与电网电压的频率、电压和相位都相同，因此该切换无扰动。切换成功后，即BL1闭合，变频器停止输出，使电机IM2的电流由变频器B提供转为由电网提供。然后变频器停止输出电流，PLC发指令断开变频器输出开关BO2。完成电机IM2由变频运行向工频同期切换软启动运行的转换。电机IM2变成工频旁路运行，风机由风门控制风压和风量。
4）变频器B停止后，断开输入断路器BL2，合A段母线的变频器B输入开关AL3，变频器B再次上高压带电，合变频器B的输出开关BO1，使变频器B在A段母线上带电机IM1变频运行。使得两台电机在两段母线下继续运行。运行方式为IM2工频运行，IM1在A段母线下，由变频器B带动变频运行。
5）变频器A修复后，先临时停变频器B，断变频器B的输入开关AL3和输出开关BO1。然后合变频器A的输入开关AL2和输出开关AO1，启动变频器A带电机IM1变频运行。
6）再合变频器B的输入开关BL2，变频器B带电，然后合变频器输出开关BO2，变频器输出与电网直接连接。变频器会检测到输出侧的频率和电压，然后启动变频器，变频器维持输出电压和频率与电网同步，然后断IM1的旁路开关，实现电机由工频旁路驱动向变频驱动的转换。电流由电网转到变频器，使IM2转为变频运行。
7）变频器B故障时的策略与变频器A的故障处理方式类似。
8）所有高压开关柜之间的逻辑闭锁由PLC负责做逻辑闭锁。
新435㎡烧结机调试期间，主抽风机曾经采取过应急机制，实际应用效果良好，可以有效地保障生产顺利进行。
总之，邯钢新435㎡烧结主抽风机运行方式采取优化方案后，从实际节能、保障生产等各个方面都达到甚至超出了当初的预期，取得了比较好的社会经济效益。
参考文献：
[1]刘鑫.电力传动节能中变频技术应用[J].电子制作，2020（08）：76-77.
[2][1]徐洪兵，孟晓磊，王鑫.抽油机节能方法与变频技术应用[J].中国设备工程，2020（18）：169-170.
[3]白玉国.矿用通风机的变频技术应用研究[J].矿业装备，2020（04）：176-177.
作者简介：李学朝（1972年出生），男（汉族），河北省 邯郸市人 邯郸钢铁集团设计院有限公司高级工程师
（邯郸钢铁集团设计院有限公司 河北 邯郸 056000）
关键词：主抽风机;高压变频器;运行方式;故障应急保障
分类号：TM921.51
邯钢为了响应环保要求，淘汰落后产能，优化产品结构，淘汰了两台90㎡烧结机，同时为了满足铁水的需要，新建了一台435㎡烧结机，新建之初，关于主抽风机运行方式讨论了好久才确定方案，建成投产后，从目前实际使用情况来看，当时决策是合理的、成功的。现在对其做一个回顾和总结，希望对大家有所裨益。
一、变频器运行方式的选择
新435㎡烧结机配备2台主抽风机，主抽风机可以采用2台风机共用一台变频器分别软起启动2台主抽风机，然后风机工频运行，靠挡板调节方式节能;另一种是上两台高压变频器，与主抽风机一一对应，生产中风机变频运行，通过变频节能降低生产成本。
如上图，由风机节能原理：
风量变化与转速变化成正比关系
风压变化与转速变化成平方关系
功率变化与转速变化成立方关系
在70%设计流量下运行时，变频运行能比用挡板调节方式节能28%。现在用西门子在线变频运行与西门子软启动投资对比：
一套西门子软启动价格100万美元左右，西门子罗宾康在线运行变频器为软启动的2倍左右，则为200万美金左右。两台变频器比一套软启动贵300万美金，折合人民币1845万，考虑到30%进口关税，则会增加2398.5万投入。
邯钢原有的老435㎡烧结机工频运行时主抽风机入口压力约-16500Kpa，入口流量约14000m3/min、入口温度120℃，风门开度75%，风机转速1000转，电机额定功率7800KW，平时有效功率6000KW。
根据风机、泵类平方转矩负载关系式：p/po=（n/no）3计算（式中po为额定转速no时功率，p为额定转速n时功率），如果采用西门子变频在线运行，负荷按大约70%计算，则变频节电：
7800KW×24h×（1-0.73） ×350天×0.5元/度=2152万元
现在的风门执行机构节电：
1800KW×24h×350天×0.5元/度=756万元
两者对比节电：2152-756=1396万元
假设两台情况相同，则1396*2=2792万人民币
即不到一年就可收回多投入成本。
以上是根据公式计算出投资效益比，那么对应变频运行曲线我们进行计算，达到同样的流量和压力风机转速只需要到845转，此时电机的有效功率为3050KW。
则节电5488KW-3050KW=2438KW.
2438KW*24h*350d*0.5RMB/Kwh=1024万人民币
假设两台情况相同，则1024*2=2048万人民币
即不到一年多一点就可收回成本。
经过以上两种算法、成本对比，最终邯钢新435㎡烧结机主抽风机采用变频运行模式。
新435㎡烧结机投运后，主抽风机在工频运行时依靠风门执行机构挡板调节风量，在正常生产时每台电机运行电流约300A左右，而采用变频运行后，每台电机运行电流约200A左右，降低约100A，年节电462万元，节能效果显著。从实际效果来看，比当初论证更好。
二、主抽风机高压变频器故障应急保障的选择
主抽风机作为烧结生产的核心设备，其设备状况直接关系到生产能否顺利进行。而烧结生产又是24小时不间断连续生产，因此对主抽风机相关设备状况提出更高要求。为了防止一旦一台主抽风机高压变频器故障导致烧结减产，需要应对高压变频器故障时采用应急保障来保障生产。
当时考虑两种故障应急保障方法：第一种方法是为两台高压变频器配备一台备用软启动器，一旦变频器故障能切换到软启动器启动，主抽风机工频运行;第二种方法是利用现有的两台高压变频器，主抽风机采用一对一变频调速运行，要求在其中一台变频器故障时，另一台能够启动两台主抽风机，此时两台主抽风机中一台变频调速，一台工频运转。
这次选择就比较简单，从投资角度来看第一种方法比第二种要大;从将来设备维护来讲，第二种方法备件费用由于比第一种相比减少了高压软启动器费用、技术掌握上减少了高压软启动器相关知识点，从而优于第一种。因此我们采用第二种方法。
下面简单讲述一下采用第二种方法如何实现应急保障（变频器通过招标采购最终选用了TMEIC产品）：
首先提供两路10kV高压电源到变频器室，接在两路高压母线的高压进线开关柜QF1、QF2入口处。作为两段母线的总的进线开关。变频器室的变频器按两段母线设计。以A段母线为例，每段母线接一台母线进线断路器柜QF1/QF2（带综保），一台PT柜（PT1/PT4，带熔断器保护），一台变频器输入开关柜AL2/BL2（带变压器保护），和一台工频旁路用的开关柜AL1/BL1（带电机保护），还有另一段母线变频器的跨接变频器输入断路器AL3/BL3（带变压器保护）。
A、B段母线不同时运行两台风机。
变频器A/B的输出端可以交叉，分别接两台电机IM1/IM2，因此每台变频器输出到两台电机之间有两台输出开关柜（AO1/B01、AO2/B02），不带保护。还有用于软启动的变频输出母线的输出PT柜（PT2/PT3，带熔断器保护）。整个系统的两台风机既可以变频运行，又可以软启。因为电网的短路容量不大，因此变频器输出到电机之间不需要电抗器。
这些变频器输出端的断路器柜AO1，AO2，BO1，BO2都不带综保。由变频器提供电机的保护。所有开关柜见下面的系统图：
主电路的工作原理和切换过程： 1）正常运行情况下，进线柜QF1/QF2闭合，两段电源母线都带电，变频器输入高压开关AL2/BL2闭合给变频器A/B供电。合变频器输出开关AO1/BO2，使变频器A/B各自带电机IM1/IM2变频运行。此时两台变频器各自都带一台电机变频运行。
2）如果变频器A故障，变频器A会跳输入开关AL2。PLC同时发指令断输出开关AO1。电机IM1临时停止。变频器B带电机IM2继续变频运行。
3）变频器B将电机IM2升速到50Hz，同期检测装置25，检测B段母线的PT4與变频器输出变频母线PT3之间的频率和电压，相位等。一旦达到同步，即变频器输出的频率，电压，相位和电网完全相同，发信号给PLC。变频器有内外双同期检测功能。PLC确认变频器内部的同期检测装置也发出同期信号后，确认变频器输出电压与电网电压确实同期，不会误切。然后PLC再发指令合电机IM2的旁路开关BL1，使电机IM2投入到旁路运行。由于变频器输出电压与电网电压的频率、电压和相位都相同，因此该切换无扰动。切换成功后，即BL1闭合，变频器停止输出，使电机IM2的电流由变频器B提供转为由电网提供。然后变频器停止输出电流，PLC发指令断开变频器输出开关BO2。完成电机IM2由变频运行向工频同期切换软启动运行的转换。电机IM2变成工频旁路运行，风机由风门控制风压和风量。
4）变频器B停止后，断开输入断路器BL2，合A段母线的变频器B输入开关AL3，变频器B再次上高压带电，合变频器B的输出开关BO1，使变频器B在A段母线上带电机IM1变频运行。使得两台电机在两段母线下继续运行。运行方式为IM2工频运行，IM1在A段母线下，由变频器B带动变频运行。
5）变频器A修复后，先临时停变频器B，断变频器B的输入开关AL3和输出开关BO1。然后合变频器A的输入开关AL2和输出开关AO1，启动变频器A带电机IM1变频运行。
6）再合变频器B的输入开关BL2，变频器B带电，然后合变频器输出开关BO2，变频器输出与电网直接连接。变频器会检测到输出侧的频率和电压，然后启动变频器，变频器维持输出电压和频率与电网同步，然后断IM1的旁路开关，实现电机由工频旁路驱动向变频驱动的转换。电流由电网转到变频器，使IM2转为变频运行。
7）变频器B故障时的策略与变频器A的故障处理方式类似。
8）所有高压开关柜之间的逻辑闭锁由PLC负责做逻辑闭锁。
新435㎡烧结机调试期间，主抽风机曾经采取过应急机制，实际应用效果良好，可以有效地保障生产顺利进行。
总之，邯钢新435㎡烧结主抽风机运行方式采取优化方案后，从实际节能、保障生产等各个方面都达到甚至超出了当初的预期，取得了比较好的社会经济效益。
参考文献：
[1]刘鑫.电力传动节能中变频技术应用[J].电子制作，2020（08）：76-77.
[2][1]徐洪兵，孟晓磊，王鑫.抽油机节能方法与变频技术应用[J].中国设备工程，2020（18）：169-170.
[3]白玉国.矿用通风机的变频技术应用研究[J].矿业装备，2020（04）：176-177.
作者简介：李学朝（1972年出生），男（汉族），河北省 邯郸市人 邯郸钢铁集团设计院有限公司高级工程师
（邯郸钢铁集团设计院有限公司 河北 邯郸 056000）