计算机光盘软件与应用 信息技术应用研究 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌ ｉｃａｔｉｏｎｓ ２０１ｉ年第１３期 高压变频器在结晶器水泵节能改造中的应用 李广毅，常海吉 （安阳钢铁股份有限公司第二炼轧厂电气车间，河南安阳４５５００４） 摘要：结合安阳钢铁股份有限公司第二炼轧厂２号、３号连铸机结晶器冷却水泵的实际使用工况，介绍高压变频器 在结晶器冷却水泵上的应用，分析其节能原理和节能效益，以及ＩＧＢＴ直接串联高压变频器在在使用过程中的问题。 关冀词：高压变频器；ＩＧＢＴ；结晶器冷却水泵；节能 中圈分类号：ＴＨ３８ 文献标识码：Ａ 文章螭号：１００７—９５９９（２０１１）１３—００１６—０２ Ｈｉｇｈ－Ｖｏｌｔａｇｅ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ Ｍｏｌｄ ｉｎ ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ－Ｓａｖｉｎｇ Ｐｕｍｐ Ｌｉ Ｇｕａｎｇｙｉ，Ｃｈａｎｇ Ｈａｊｊｉ （Ａｎｙａｎｇ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｕｄ．Ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｉｌｌ ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ａｎｙａｎｇ ４５５００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｆｏｒｍｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍｏｄｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ＩＧＢＴ ｉｎ ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｒｉｅｓ ｈｉ曲ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒ ｃｏｏｌｎｉｇ ｐｕｍｐ ｏｆ ＮＯ．２ Ｓｔｅｅｌ－Ｍａｋｉｎｇ＆Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｐｌａｎｔ ｉｎ Ａｎｙａｎｇ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｎａｄ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｉｓ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｓｅｄ．，Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｎｉ ｕｓｉｎｇ ｏｆｔｈｅ ＩＧＢＴ ｉｎ ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｒｉｅｓ ｈｉ ｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｓｈｏｗｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ Ｖｏｌａｔｇｅ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ＩＧＢＴ；Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒ－Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｐｕｍｐ；Ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ 一、引言 标函数，求解ＰＷＭ脉冲波形的一种方法。其中特定谐波消除调制 安阳钢铁股份有限公司第二炼轧厂位于安阳市西部，拥有年 方法（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＳＨＥＭ）是最 炼钢６００万吨，轧钢５５０万吨的能力，装备有大量大型风机、水 常用的优化ＰＷＭ方法。但由于优化ＰＷＭ方法需要采用数值方法计 泵，节能潜力巨大。结晶器是炼轧厂连铸机的重要设备，在生产 算大量的开关角度，实时在线计算较为困难。另外由于开关模式 中需要大量冷却水来冷却。安钢第二炼轧厂２、３＃连铸机为双流 己被预先设定，这种方法在控制上的灵活性较差。 连铸机，共有四台结晶器。结晶器共有相同的供水泵三台，其拖 ＳＨ州Ｆ系列高压变频器是由湖北三环公司研制开发新一代高 动电机参数为： 压变频器，采用直接高高变换的方式，多电平串联倍压的技术方案， 型号：ＹＫＳ４５０７—４ 额定功率：４５０ＫＷ 优化的ＰＷＭ控制算法，实现优质的可变频变压（ＶＹＶＦ）的正弦电压 额定电压：１００００Ｙ 额定电流：３２．２Ａ 和正弦电流的输出。高压变频器输入由隔离移相工频变压器将输入 额定频率：５０ＨＺ 功率因数：０．８６ 的高压工频电变换成为多组彼此间相互绝缘、电位独立的低压工频 结晶器供水要求母管出口压力１．０５ＭＰａ，靠调节水泵出口阀 电输出，并分别送到各个变频单元中，各变频单元将输入的各组低 门开度来调节水压。原系统中单台水泵最多可满足两台结晶器供 压交流电分别经整流滤波变换成直流电。单元采用３相全桥不可控 水需求，因此实际生产时为三开二或三开一模式。原来在生产时 整流，Ｈ桥逆变方式，与控制部分采用光纤通讯，单元３相输入采 单台电机全速运行，电网电压１０ＫＶ，电流２８．４Ａ，功率因数０．８５， 用熔断器保护（如图１）。单元输出电压为６９０Ｖ，每相采用８单元 耗电功率４１８ＫＷ，阀门开度９０％左右；双台泵运行时电机电流２６Ａ， 串联，输出线电压１０ＫＶ。中性点采用不接地方式（如图２）。 耗电功率７６６ＫＷ，阀门开度７ｏ９６左右。一方面导致大量电能浪费， 另一方面频繁开关阀门也损害阀门使用寿命，增加了故障隐患 ｒ ● 因此我们决定对结晶器冷却水泵进行变频改造。 二、系统方案选择 ｋ ＋ｊ暖 《 ● ｊ － 为配合国家节能降耗，降低排放的要求，更为满足企业自身 节能降耗，降低成本的需要，我们对此次改造过程进行了深入分 ＋ 析。同时，本着以最小投入产生最大效益的原则，此次改造采用 Ｉ 一 、 了先由变频器厂家投资，然后用节省下的电费付款的双赢方式， － ● Ｌ 经过数月的谈判招标，我们最后选择了湖北三环发展股份有限公 ｊ ● Ｊ 司的ＳＨ－Ｉ－ＷＦ系列高压变频器。 三、三环ｓＨ—Ｈ＼『Ｆ系列高压变频器原理及特点 图１ 产品原理概述之电气原理图 （一）变频调速的基本原理 交流异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为： ＝６０ｆ／ｐ 式中，ｎ代表同步转速（ｒｐｍ）；ｆ代表定子频率；Ｐ代表磁极 对数，Ｓ代表转差率； 而异步电动机的转速为： ＝６０ｆ（１－￣）／ｐ 式中，ｓ——异步电动机的转差率； 改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调 速运行。 （二）高压变频器的控制策略一优化ＰＷＭ方法简介 图２产品原理概述之主回路原理图 优化的ＰＷＭ方式是基于输出电压波形的傅立叶级数表达式， 四、改造方案 以消除低次谐波、总谐波畸变率最小和转矩脉动最小等要求为目 根据现场工艺条件及设备情况，此次改造我们选择用“二拖 三”的方案，具体原理如下图（图３）所示。 ～１６— 计算机光盘软件与应用 ２０１１年第ｌ３期 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 信息技术应用研究 ： 幸 ： 生幸” 一 …一 六、改造效益测算 通过改造后母管出口阀门全开，当出口压力稳定在１．０５ＭＰａ 时变频器基本工作在４３Ｈｚ左右。我们通过测量对比无变频器时另 台电机和有变频调速时的电机工作在４３Ｈｚ频率运行时各自的 电压、电流、功率因数，根据Ｐ＝．￣ＵＩｃｏｓ，测速出Ｐ ：＝４１８ＫＷ， 一Ｐ４３．，＝２６６ＫＷ。 — …～ ｌ 孽 ｍ帆 ｌ ｕ“ 嘶 Ｉ ， 图３工程原理示意图 在正常情况下，ｌ＃、２＃变频器分别给１＃、３＃高压电机供电。 单台变频器最多可满足两台结晶器供水需求，通过闭环控制可实 现压力稳定，当给三台结晶器或四台结晶器供水时，单台泵不能 满足供水需求，需启动第二台泵。这时需要两台变频器联动工作， 最终稳定时需两台变频工作在相同的频率点。三台泵互为备用， 当变频器出现故障，必要时可直接使用工频启动备用泵。 五、改造后系统的实际运行情况 变频器到厂后，我厂技术人员与三环公司人员一道，通过一 个多月的安装，使变频器调试成功。于２０１１年３月投产以来，已 累计安全运行３个月，经过反复测试变频器各项参数正常，变频 器质量良好，安全可靠，达到当初设计要求： １．各种保护功能完善。过流、过压、欠压、三相不平衡等等 电机保护措施完善可靠，并且有各种重故障急停切除保护功能。 ２．各种指示功能完备。具有输入、输出电压、电流、频率、 故障显示、运行状态指示等功能。 ３．实现电机变频启动功能。由于高压变频器卓越的软启动／ 停止功能（可以零转速启动），大大降低了启动冲击电流对电动机 根据具体生产状况，通过高压后台监控数据分析对比一星期 内电机运行时间和耗电量，无变频器电机运行２．８小时，耗电 １１５３Ｋｗ・Ｈ，单位小时耗电量为４１２Ｋｗ・Ｈ，有变频器电机运行１６８ 小时，耗电３７８６８Ｋｗ・Ｈ，单位小时耗电量２２５Ｋｗ・Ｈ，则平均节电 量为４１２—２２５＝１８７Ｋｗ・Ｈ／ｈ。 按照每年３６５天计算，则年节电量为： １８７×３６５Ｘ２４＝１６３８１２０ＫＷ・Ｈ。 按照安钢工业用电０．９８元／Ｋｗ・Ｈ计算，则每台变频电机节 省电费１６０５３５７元，两台为３２１０７１５元。 另外，由于实现了变频启动功能，大大延长了电机和水泵的 使用寿命，减少了电机和水泵的维护费用。综上所述，通过节能 改造后综合效益每年可节省费用在３２０万元以上。 七、改造结论 通过对结晶器冷却水泵的变频技术改造，我厂使用湖北三环 发展股份有限公司生产的ＳＨ—ＨＶＦ系列变频器，经过三个多月的使 用，证明该产品性能可靠，技术先进，节能效果明显，在工厂技 能改造项目中具有极大的推广使用价值。 参考文献： 【１】吴忠志，吴家林．变频器应用手册第二版［Ｍ］．北京：机械．ｒ－，．１ｋ 出版社 ［２］湖北三环．高压变频器相关知识１００问（２Ｏ０７年版）．湖北三环 发展股份有限公司 ［３】湖北三环．ＳＨ高压变频器（商务版）．湖北三环发展股份有限 和电网的冲击，减小了带载时的机械冲击，故有效减小了泵故障， 公司 从而大大延长了电机和泵的检修周期和使用寿命，同时还有效避 ［４］徐甫荣．高压变频调速技术应用实践【Ｍ】．中国电力出版 社，２００６，１１ 免了冲击负荷对电网的不利影响。 ［５】倚鹏．高压大功率变频器技术原理与应用ｆＭ】．人民邮电出 ４．提高电网功率因数，减少无功损耗。由于高压变频器输入 功率因数在９５ 以上，不仅无需功率补偿，还可提高电网的功率 版社。２００８ 因数，减少了无功损失。 ［６］王兆安．电力电子技术（第五版）［Ｉ ．机械工业出版社，２００９，７ （上接第１３页） 三、医院信息系统建设的具体措施 由于医院业务多，信息类型复杂，医疗过程专业性强，因此， 医院信息系统的建设工作和其他部门的信息系统建设工作不相一 致，而是呈现出自己的特点，既信息处理要求具有专业化、知识 化和智能化的特点。而且，医院信息化系统建设工作是一项长期 复杂的系统工程，不可能一蹴而就，必须在科学决策的基础上做 好长远规划，并且要关注信息技术的发展方向，为信息化系统工 程的升级换代留下一定空间。 （一）网络设备的购置 医院应首先组建由计算机专业技术人员组成的微机中心， 负责网络设备的购置和信息化系统的组建工作。需购置的网络 设备主要包括计算机、交换机、路由器、网线。计算机的购置 应把握量力而出的原则，合理设计购置预算，不可不顾自己的 资金状况和实际使用情况，盲目配置高配置的计算机设备，这 样，不仅会造成资金的较大缺口，同时，由于某些高配置在今 后的实际工作中几乎很少使用，从而造成了资源的浪费。路由 器和交换机的数量应根据医院入网计算机的数量而定。其次， 要合理利用医院各部门自身现有计算机设备。对那些通过更换 简单的设备就可以实现升级继续使用的计算机，技术人员应该 想方设法购置软硬件以升级设备。对那些确实年岁久远，技术 已经被完全淘汰的废旧机器，应该予以坚决替换，以保证系统 的顺利运行。 （二）计算机系统在各部门的配置原则 为了将资源最大程度的应用到需求岗位上，应该将一些配置 高、运行稳定的计算机调整到信息控制系统以及门诊、病房等一 线业务科室，从而保证系统的顺利运行和重要部门的正常工作不 外网的接入应尽可能地选择网速较快的光纤接入，通过医院的主 机、ｍｏｄｅｎ、交换机、路由器、网线等共同组建一个有线或者无线 的局域网，保证整个医院系统内的计算机都连入到网络中，并组 织相关技术人员对网络进行调试、运行、监测、记录，以便及时 发现网络中存在的问题，然后快速予以解决。 （四）组建安全的信息化系统 现今的网络中，黑客、木马、病毒十分猖獗，稍有不慎，他 们就会侵入到医院的局域网中，导致医院信息系统的中毒甚至瘫 痪，从而给医院的正常工作带来重大的影响。因此，微机中心工 作人员必须采取各种各样的办法以保证系统的稳定、安全运行， 可以放置网络防火墙和杀毒软件的办法以监测系统的运行和对威 胁系统的可疑病毒或木马进行查收。同时，微机中心工作人员应 该组织对各科室的微机操作人员进行系统的计算机操作与维护培 训，不仅提高他们的计算机应用水平，而且交给他们以必备的杀 毒知识，从而保障各科室计算机的安全运行。 四、总结 医院的信息化建设对于医院的发展具有重要而深远的意义， 同时它又是一项系统而长期的工程，必须抱着长远规划，分步实 施的方针扎扎实实做好这项工作。只有这样，才能不断提高医院 的管理水平，为广大群众提供切实便利的医疗服务，从而保障人 民群众的生命和身体健康。 参考文献： 【１】刘元涛，马玲．加强计算机设备的应用管理提高医院信息化 水平ｍ．医疗装备，２００２，９ ［２１朱岁松．医院信息化建设与管理：以技术眼光看管理【Ｍ】．北 京：军事医科出版社，２００５，１０ 受影响。微机中心应对全院的计算机设备建立档案，逐一登记每 社，２００９，１０ 台设备的配置和使用情况，并定期进行维护。 ［５】傅征．医院信息系统建设与应用【Ｍ】．北京：人民军医出版 （三）组建医院局域网 由微机中心的工作人员负责组建医院的局域网。组建的时候， 社，２００９。１ １ 一【３】王明时．医院信息系统［Ｍ１．北京：科学出版社，２００８，５ ［４１金新政．现代医院信息系统［ＭＩ．北京：人民卫生出版 １７一