一、冶金行业电能质量治理解决方案

1、 冶金行业典型负载

电弧炉：电弧电阻的非线性和瞬变性会产生高次谐波；交流电炉运行时由于三相电弧不对称，会产生负序电流；

精炼炉：与电弧炉相比,精炼炉的炉况比较平稳，不存在熔化期，有功及无功变化相对稳定，虽没有电弧炉对电网影响大，但对供电质量及用电设备也存在很大的影响；

中频炉：中频炉是一种将工频50HZ交流电转变为中频（300HZ以上至20HZ）的电源装置，把三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，由于负荷变动小，效率高，无功波动较小；功率因数较高，但会产生大量的谐波。

2、 谐波对冶金行业危害

冶金企业的用电设备具有容量大，大部分为感性负荷,负荷冲击大，起制动频繁，快速性,，自动化程度高,，工作连续性等特点,，是用电的大户。用电设备大量使用直流电动机和变流器驱动等非线性负载.。轧机,电弧炉等冶金设备使电网电压发生波动和闪变，三相不平衡，电网功率因数低，线路损耗增加，谐波含量超标，已经严重危害电力系统的安全运行和电气设备的安全经济运行。

 4、利用SVG实现无功补偿

提高冶金行业供电可靠性和电能质量的传统做法是加设晶闸管投切电容、晶闸管控制电抗器和磁控电抗器等无功补偿设备,并采用LC滤波器减小谐波畸变的影响,与传统的无功补偿装置相比,SVG能够实时动态补偿，不会发生过补，欠补，可以稳定系统电压。

5 、利用APF谐波及三相不平衡治理

冶金行业负载中含有变频器和整流器，变频器和整流器是典型的谐波源，会严重影响电力系统稳定性。针对冶金行业电网谐波现状,治理谐波及三相不平衡的最佳解决方案是采用有源滤波技术,一般而言,有源滤波器(受控电流源)与一个产生谐波的负荷并联连接,该受控电流源产生与负荷的谐波电流大小相同相位相反的补偿电流,以此来消除负荷产生的谐波对配电网的影响，治理三相不平衡的原理与治理谐波类似。

6、APF有源滤波器的选型：

有源滤波器设计容量=运行电流*电流畸变率 

为了使补偿效果更佳，一般留有裕量，因此一般在计算容量乘以1.2作为最后的配置容量。

7、项目配置方案

说明： 采用滤波装置投入使用后可以保证冶金行业的谐波电流下降幅度非常明显，可以提高现场的功率因数，在容量足够的情况下，现场的电流畸变率将会由23%下降至5%左右。

二、高压变频器在冶金钢铁行业的应用

在山西某铁厂高炉鼓风机上的应用

摘  要：本文通过对山西某铁厂高炉鼓风机电机改造；在改造过程中使用高压变频器启动和调节电机，通过实际运行来分析高压变频器在高炉鼓风机电机上的应用特点和优势。

1.引言

在国民经济发展强劲拉动下，我国钢铁工业进入快速发展阶段，这也带动了高炉炼铁产业的高速发展。我国炼铁产业的现状是集中度低高炉座数多(约有900多座)，大于1000 m³以上高炉约有110座。

高炉鼓风机是现代高炉的主要技术特征。提高风温是增加喷煤量、降低焦比、降低生产成本的主要技术措施。近几年，国内钢铁企业高炉的热风温度逐年升高了25℃，特别是新建设的一批大高炉（大于2000m3），热风温度均超过1200℃，达到了国际先进水平，如2002年后，首钢技术改造或新建高炉的热风温度均实现高于1200℃的目标。还有就是通过对风量、风压、鼓风湿度、富氧率、喷吹燃料 、风口面积和长度等参数的调节，来达到提高产量及高炉的利用系数目的，这就需要对送风制度进行更好的优化。因此对驱动高炉鼓风机的电机转速要满足调速范围宽度大，响应迅速的要求，显然通过传统的风门调节时无法实现的上述要求的。国产高压变频器的研发设计水平的提高和制造技术的成熟，使优化高炉鼓风机的送风制度成为了可能。

2. 高炉炼铁工艺介绍：

以炼铁过程实质上是将铁从自然状态——矿石等含铁化合物中还原出来的过程。通常分为烧结和炼铁两段工序。烧结：就是把铁矿粉造块，为高炉提供精料的一种方法，是利用铁矿粉、熔剂、燃料及返矿按一定比例制成块状冶炼原料的一个过程。炼铁：高炉的冶炼过程主要目的是用铁矿石经济高效的得到温度和成分合乎要求的液态生铁。

炼铁时在尽量低能量消耗的条件下，通过受控炉料及煤气流的逆向运动，高效率的完成还原、造渣、传热及渣铁反应等过程，得到化学成分与温度较为理想的液态金属产品。高炉生产是连续运行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种和料斗组成，现代高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），吹入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气，供应炼钢或作为工业煤气。

3.高炉鼓风机定义

高炉鼓风机定义：它是将一部分大气汇集起来，并通过加压提高空气压力形成具有一定压力和流量的高炉鼓风机，再根据高炉的需要进行风压、风量调节后将其输送至高炉的一种动力机械。

作用是向高炉送风，以保证高炉中燃烧的焦炭和喷吹的燃料所需的氧气。还要有一定的压力克服送风系统和料柱的阻损，并使高炉保持一定的炉顶压力。

在整个冶炼过程中由于原料、燃料、操作等条件的变化。引起炉况经常改变，也就相应的要求供风参数也要变化，所有要求高炉鼓风机具有一定的稳定调节范围和可靠的安全控制系统。

4.现场设备情况：

5.控制方案：

5.1系统主回路控制方案

高炉鼓风机是高炉最重要的动力设备，它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。高炉冶炼要求鼓风机能供给一定量的空气，以保证燃烧一定的碳；其所需风量的大小不仅与炉容成正比，而且与高炉强化程度有关、一般按单位炉容2.1～2.5m3／min的风量配备。但实际上不少的高炉考虑到生产的发展，配备的风机能力都大于这一比例，因此一般采用入口风门（或静叶调节）、出口放风阀进行风量、风压控制，以及防止风机的喘振。

高炉鼓风机的由于风门的损耗、风机的效率低、放风损耗巨大，因此采用高压变频器改造的节能空间巨大。

高压变频器以其可靠性制造与技术、大量的稳定可靠的运行业绩赢得广大用户的信任，有鉴于此次对旺庄铁厂高炉鼓风机进行高压变频调速改造。改造方案如下：

                                                                             二拖三自动无扰切换方案

二拖三自动切换旁路柜是由12个高压断路器QF1、QF2、QF3、QF01、QF02、QF03、QF11、QF12、 QF21、QF22、QF31、QF32、2个高压真空接触器KM1、KM2和无扰却换L1、L2组成。

变频器1和变频器2在正常情况下只有其中一台作为软启动使用；另一台作为备用机，无论那台变频器投入使用都能够实现依次启动电机M1、M2、M3。

6、冷却方案：

由于高压变频器设备功率较大（6200Kw），4％的功率损耗主要以热量形式散失在运行环境当中。如不能及时有效的解决变频器室的工作环境温度问题，将直接危及变频器本体的运行安全；最终因为温度过高变频器过热保护动作跳闸。

现场导电粉尘较大如果采用风道冷却对变频器属于致命，会导致变频器故障率提高几倍；如采用空调冷却对两台高炉鼓风机变频器进行冷却需要10P空调20台左右耗电量较大；经过现场考察与用户沟通，现场能够提供32℃以下的冷却水，最终采用了密闭式空水冷却方法对现场变频器进行冷却处理。我方提供的水冷装置安装在室内，通过风道将变频器运行过程中产生的热量带到水冷热交换装置降温然后把凉风再送到室内，此种方式可有效防止出口侧凝露被冷风带入室内，可有效保证变频器的安全稳定运行，同时当水冷装置故障时，变频器热风能够直接排至室外，保证变频器能够继续稳定地工作并能把故障点远传DCS。我方提供的水冷装置寿命≥5年。方案如下：

7、结束语

经过现场一年多的设备运行，设备运行良好初期的设备运行频率在38HZ左右，满负荷生产后设备运行在45HZ，并确实现了两台变频器拖动三台电机两用一备运行。在两台常用鼓风机实现了互为备用，彻底解决了因变频器故障引起生产停顿。用户对我公司方案还是很满意的。

高压变频器在炼铁厂350高炉鼓风机的调速改造中应用是相当成功的。该系列变频器的先进性、可靠性已得到用户的认可。在其他业对于许多高压大功率的辅机设备推广和采用高压变频调速技术，不仅可以取得相当显著的节能效果，而且也得到国家产业政策的支持。