圖 2. 42MW 高爐鼓風(fēng)機(jī)：可靠、低維護(hù)的全新 H-modyn 系列電機(jī)

強(qiáng)勁且起動(dòng)平穩(wěn)的高爐

為保證高爐運(yùn)行正常，鼓風(fēng)機(jī)必須產(chǎn)生足夠的風(fēng)量，有時(shí)可達(dá)每小時(shí)數(shù)十萬(wàn)立方米，這就要求驅(qū)動(dòng)功率達(dá)幾十兆瓦。具備最新發(fā)展水平的驅(qū)動(dòng)設(shè)備由耐用的高壓同步電機(jī)和特制的起動(dòng)變頻器有機(jī)結(jié)合而成，這就保證了設(shè)備的滿負(fù)荷生產(chǎn)應(yīng)用。該系統(tǒng)不僅十分可靠，而且與傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備相比，其起動(dòng)時(shí)間大為縮短。

位于中國(guó)東北地區(qū)的遼寧省鞍山市以其鋼鐵工業(yè)而聞名。鞍山鋼鐵集團(tuán)在中國(guó)鋼鐵公司中排名第三。該公司正進(jìn)行現(xiàn)代化改造，其中也包括安裝一套新的高爐鼓風(fēng)機(jī)。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(fēng)  機(jī)。西門子公司為該鼓風(fēng)機(jī)提供尖端的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

出于大風(fēng)量的考慮，要求高爐鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量達(dá)到 460000m3/h，這需要 42MW 的額定驅(qū)動(dòng)功率。在高爐工作時(shí)，要求鼓風(fēng)機(jī)達(dá)到滿負(fù)荷。因?yàn)閷?duì)高爐而言，情況通常是這樣的，每隔大約四到八周當(dāng)高爐檢修后，鼓風(fēng)機(jī)才開(kāi)始起動(dòng)。在它運(yùn)行后，就不再要求閉環(huán)速度控制。    

而另一方面，這種大型驅(qū)動(dòng)設(shè)備必須在可控方式下運(yùn)行，以避免危險(xiǎn)的電力或機(jī)械負(fù)載高峰。在這種情況下，閉環(huán)速度控制遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的起動(dòng)方法。

起動(dòng)優(yōu)化

由于起動(dòng)電流會(huì)達(dá)到所用電機(jī)額定電流的 400% 到 500% ，因此幾十兆瓦功率的電機(jī)不能直接與市電相接。目前使用的電機(jī)其起動(dòng)電流已高達(dá) 2737A。盡管鋼廠供電網(wǎng)的短路額定值較高，但由于峰值電流引起的電壓突降仍會(huì)很高。如果將這樣高功率的電機(jī)與供電線直接相連，將發(fā)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使鼓風(fēng)機(jī)械系統(tǒng)承受更大的負(fù)荷，從而導(dǎo)致過(guò)早的磨損甚至毀壞。

在過(guò)去，通常選用一些傳統(tǒng)的起動(dòng)方法以避免這樣的后果。這些起動(dòng)方法包括：限流電抗器、自耦變壓器和電機(jī)發(fā)電機(jī)，但啟動(dòng)時(shí)仍需要大約 30-40% 的額定功率。這意味著傳統(tǒng)的起動(dòng)設(shè)備解決此方面問(wèn)題仍具有局限性且設(shè)備成本高。這也就是幾年來(lái)發(fā)展電子式起動(dòng)變頻器的原因。

通過(guò)在鞍鋼高爐鼓風(fēng)機(jī)上裝備起動(dòng)變頻器，只需一到二分鐘，電機(jī)能夠無(wú)波動(dòng)地由起動(dòng)變頻器供電轉(zhuǎn)向供電線供電。這就降低了供電線和整個(gè)機(jī)械傳輸線上的壓力。這意味著部件的低耗損和長(zhǎng)壽命。同時(shí)，起動(dòng)變頻器極為可靠也是十分重要的。例如，當(dāng)起動(dòng)未成功  時(shí)，將會(huì)立即在起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電壓突降，并試圖進(jìn)行不導(dǎo)致任何損害的新的起動(dòng)。原因是這種起動(dòng)方法不會(huì)造成轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱應(yīng)力。這是起動(dòng)變頻器不同于限流電抗器或自耦變壓器起動(dòng)的地方，在后兩種起動(dòng)方式下，當(dāng)電機(jī)由靜止起動(dòng)時(shí)，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)如同步電機(jī)。

使用起動(dòng)變頻器起動(dòng)的成功率在 99% 以上，明顯高于傳統(tǒng)的起動(dòng)方法。這確實(shí)是邁向高爐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高利用率和大量節(jié)省成本的決定性一步。原因是避免了傳統(tǒng)起動(dòng)方法在最壞情況下，如果起動(dòng)中斷，高爐必須在裝滿料的情況下冷卻下來(lái)，從而有 10 天以上的時(shí)間不能使用。

協(xié)調(diào)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

在選擇電機(jī)和變頻器的最佳組合時(shí)，選用了 H-modyn 同步電機(jī)和專門為該電機(jī)類型設(shè)計(jì)的 Simovert S 起動(dòng)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(zhuǎn)子同步電機(jī)，它是迄今為止所建造的新型 H-modyn 系列電機(jī)中最大的一個(gè)。H-modyn 是一種新型的電機(jī)系列，它取代了運(yùn)轉(zhuǎn)良好的 H-moflex 高壓電機(jī)。

　

H-modyn 與具有同種額定值的先前系列的電機(jī)一樣耐用、可靠，不需要太多的維護(hù)。但它比較輕，整體外形尺寸明顯減小，而且易于維護(hù)。所設(shè)計(jì)的電機(jī)機(jī)殼比它的先前產(chǎn)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(jī)殼上。這意味著所有的定子繞組傳感器系統(tǒng)的連接與電機(jī)機(jī)殼分離，從而使在吊裝電機(jī)機(jī)殼時(shí)而不必卸下任何的電氣連接。

Simovert S 變頻器是為同步電機(jī)運(yùn)行而專門開(kāi)發(fā)的。Simovert S 是一種晶閘管三相橋式全數(shù)字式電流源型變頻器。它采用多處理器系統(tǒng)處理開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制。

所有部件，從閉環(huán)控制、電源直到信號(hào)匹配和為外部信號(hào)設(shè)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(jù)很小的空間。兩個(gè)獨(dú)立的直流母線的電抗器反向耦合，并且該技術(shù)西門子公司已獲得專利。這種電路結(jié)構(gòu)可采用相當(dāng)小的直流母線電抗器，它只有傳統(tǒng)額定功率電路結(jié)構(gòu)所采用直流母線電抗器的 60%。     

歸功于簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，Simovert S 變頻器在運(yùn)行上相當(dāng)可靠，并且?guī)缀醪恍枰�維護(hù)。對(duì)于鞍鋼項(xiàng)目，由兩個(gè) Simovert S 變頻器并聯(lián)，每 個(gè)額定功率是 4.5MW，用來(lái)提供起動(dòng)所需的 9MW 功率。   

前景

與其中一個(gè)鞍鋼高爐鼓風(fēng)機(jī)相配套的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已于 2003 年 6 月投入使用，第二個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也將在不久的將來(lái)投入運(yùn)行。

尤其是對(duì)快速發(fā)展的中國(guó)鋼鐵工業(yè)諸如鞍鋼這樣的解決方案，其重要性日益凸現(xiàn)。原因在于，無(wú)論何地，在中國(guó)也一樣隨著市場(chǎng)全球化的發(fā)展，設(shè)備和系統(tǒng)的效率和可利用率變得越來(lái)越重要。