匯川HD93系列10MVA高壓變頻器在大功率同步電機(jī)中的應(yīng)用

眾所周知，冶金行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的耗能大戶和污染大戶。在冶金行業(yè)生產(chǎn)過程中，風(fēng)機(jī)和水泵的耗電量占到其生產(chǎn)成本的35%～45%。近幾年，國家實(shí)行節(jié)能減排政策，針對冶金行業(yè)等耗能大戶重點(diǎn)改造；通過幾年的發(fā)展和總結(jié)，現(xiàn)國產(chǎn)高壓變頻器在風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載上的節(jié)能技術(shù)日趨成熟，節(jié)能減排效果明顯。

在冶金行業(yè)有諸多設(shè)備具有變頻應(yīng)用前景和空間，但是其中廣泛推廣、被眾多用戶所接受的還主要集中在風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵兩類負(fù)載上。冶金行業(yè)典型應(yīng)用負(fù)載有很多種，其中燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)、高爐鼓風(fēng)機(jī)及制氧壓縮機(jī)的功率較大，其運(yùn)行速度由不同工況而改變，節(jié)能改造效果明顯。燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)由于其工藝的節(jié)能空間大，很多EMC廠家對其改造很感興趣。

一、背景

1.1燒結(jié)工藝過程

為了保證供給高爐的鐵礦石中鐵含量均勻，并且保證高爐的透氣性，需要把選礦工藝產(chǎn)出的鐵精礦制成10～25mm的塊狀原料鐵礦粉。造塊目前主要有兩種方法：燒結(jié)法和球團(tuán)法。兩種方法所獲得的塊礦分別為燒結(jié)礦和球團(tuán)礦。目前以抽風(fēng)工藝燒結(jié)為多，燒結(jié)機(jī)分為帶式和環(huán)式。

 

圖1 燒結(jié)工藝

燒結(jié)工藝是指根據(jù)原料特性所選擇的加工程序和燒結(jié)工藝制度，它對燒結(jié)生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量有著直接而重要的影響。按照燒結(jié)過程的內(nèi)在規(guī)律選擇合適的工藝流程和操作制度，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果，強(qiáng)化燒結(jié)生產(chǎn)過程，能夠獲得先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，保證實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗。本生產(chǎn)工藝流程有原料的接受，兌灰，拌合，篩分破碎及溶劑燃料的破碎篩分，配料，混料，點(diǎn)火，抽風(fēng)燒結(jié)，抽風(fēng)冷卻，破碎篩分，除塵等環(huán)節(jié)組成。目前生產(chǎn)上廣泛采用帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)燒結(jié)礦。

1.2節(jié)能改造

河北某鑄業(yè)燒結(jié)廠燒結(jié)為110m2的帶式燒結(jié)，該線配置了1臺上海某電機(jī)廠10kV/5600kW有刷同步電機(jī)，負(fù)載為燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)（圖2）；另外2臺10kV/710kW異步電機(jī)，負(fù)載為燒結(jié)環(huán)冷風(fēng)機(jī)，一用一備。目前主抽風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行方式為工頻異步降壓軟運(yùn)行，同步投勵(lì)。

該生產(chǎn)線的主抽風(fēng)機(jī)為擋板調(diào)節(jié)，燒結(jié)機(jī)料厚在700mm左右，根據(jù)料層的透氣性，主抽風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度在70%左右，維持負(fù)壓在-16 kPa，以保證成品率為準(zhǔn)。環(huán)冷風(fēng)機(jī)以保證冷卻效果為準(zhǔn)。此方案主要對燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造和分析。

 

圖2燒結(jié)同步機(jī)及負(fù)載主抽風(fēng)機(jī)

二、改造方案

2.1 設(shè)備參數(shù)

電機(jī)額定電壓10KV，額定功率5600KW，功率因素0.9，采用Y型接法。風(fēng)機(jī)具體參數(shù)如下：

 

 

 

 

2.2 技術(shù)方案

根據(jù)現(xiàn)場負(fù)載情況，配置由匯川公司生產(chǎn)的高壓變頻器HD93-J100/7000-DN,該產(chǎn)品具有設(shè)計(jì)余量大、過載能力強(qiáng)，操作方便，質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。

1) 主回路：采用一拖一自動(dòng)旁路方案，見圖3。

 

圖3 主回路方案

2) 變頻運(yùn)行方式：1QF為用戶側(cè)高壓開關(guān)柜，其中KM1、KM2為交流接觸器、QF1為真空斷路器,KM1 KM2 與QF1之間有電氣互鎖。自動(dòng)旁路柜變頻勵(lì)磁柜與變頻器配套提供，電機(jī)及用戶側(cè)高壓斷路器1QF保留甲方原有設(shè)備。

3) 工頻運(yùn)行時(shí)，KM1、KM2斷開將勵(lì)磁刀閘切換到工頻勵(lì)磁系統(tǒng)；QF1閉合，水阻軟起裝置投入工頻回路，同步電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)過程按照原有邏輯進(jìn)行。

4) 變頻運(yùn)行時(shí)，QF1斷開，變頻勵(lì)磁系統(tǒng)可以利用匯川技術(shù)專用同步勵(lì)磁控制系統(tǒng)，KM1與KM2閉合，將勵(lì)磁刀閘切換到變頻勵(lì)磁系統(tǒng)。變頻器上電時(shí)，斷路器1QF閉合，HD93高壓變頻器啟動(dòng)時(shí)，以電勵(lì)磁同步機(jī)矢量控制方式拖動(dòng)同步電機(jī)啟動(dòng)。

5) 變頻停機(jī)時(shí)，從現(xiàn)場向變頻器下達(dá)“停機(jī)”命令，變頻器驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)減速至完全停機(jī)，然后停止輸出電壓電流。最后在現(xiàn)場分?jǐn)鄶嗦菲?QF，由其輔助觸點(diǎn)通知?jiǎng)?lì)磁裝置滅磁，滅磁完成后關(guān)閉勵(lì)磁裝置電源。遇到故障時(shí)，變頻器在停止電壓電流輸出的同時(shí)，立即分?jǐn)嗌霞墧嗦菲?QF，由變頻器主控通知?jiǎng)?lì)磁裝置滅磁，然后投到工頻運(yùn)行。

6） 控制回路：在風(fēng)機(jī)房操作箱實(shí)施遠(yuǎn)程調(diào)速、遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行頻率和輸出電流等。

變頻器提供給用戶的開關(guān)量

 

 

用戶提供給變頻器的開關(guān)量

 

 

變頻器提供給用戶的模擬量

 

 

用戶提供給變頻器的模擬量

 

 

 

圖4 匯川機(jī)旁操作箱

三、結(jié)束語

經(jīng)匯川HD93高壓變頻改造后，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。并對變頻器在各種工況下進(jìn)行了鑒定性測試。測試項(xiàng)目及結(jié)果為：

1）加速時(shí)間：滿載時(shí)，從0Hz加速至50Hz，只需要80秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于客戶要求的加速時(shí)間最大值秒。

2）減速時(shí)間：滿載時(shí)，從50Hz減速至0Hz，只需要120秒，同樣也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于客戶要求的減速時(shí)間最大值。

3）實(shí)際節(jié)電：正常生產(chǎn)后，不再控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)門，而將其全部打開，變頻器只需運(yùn)行32～43Hz就可以滿足生產(chǎn)，實(shí)際的輸出功率為3280kW,每年節(jié)約電費(fèi)為320萬元。

4）由于負(fù)載比較重要，客戶要求變頻器要就具備飛車啟動(dòng)功能，匯川HD93變頻器現(xiàn)場經(jīng)過連續(xù)5次高轉(zhuǎn)速飛車啟動(dòng)試驗(yàn)均無故障。

5）節(jié)省人力：改造前，需要專門人員調(diào)節(jié)風(fēng)門；變頻改造后，只需在控制臺進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)速即可。

6）將運(yùn)行風(fēng)機(jī)改用變頻控制后，可徹底避免大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊力矩對電機(jī)的損壞。延長了電機(jī)和管道的檢修周期，減輕了檢修人員的維護(hù)工作量；提高了機(jī)組自動(dòng)裝置的穩(wěn)定性，為機(jī)組的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行提供了可靠保證；風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)得到了改善，提高了運(yùn)行效率。

7）采用變頻調(diào)速，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低使環(huán)境噪音影響得到大大改善。

8）變頻器啟動(dòng)，屬于無擾啟動(dòng)，不會(huì)對其他負(fù)載產(chǎn)生電流沖擊。

HD93系列高壓變頻器為匯川技術(shù)針對大功率同步電機(jī)研發(fā)的專機(jī)，該系列高壓變頻器以獨(dú)特的電勵(lì)磁同步機(jī)矢量控制方式，同時(shí)采用同步機(jī)變頻啟動(dòng)動(dòng)態(tài)勵(lì)磁方式，完美解決同步機(jī)啟動(dòng)整步問題，此控制方式很好地解決了大功率同步電機(jī)啟動(dòng)困難的問題，而且較同類廠家需要給電機(jī)加裝軸編碼器的運(yùn)行方式，HD93系列在現(xiàn)場操作上變得更加方便簡單。此次改造的燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)良好運(yùn)行，也有力證明了匯川技術(shù)的同步機(jī)矢量控制技術(shù)較同類廠家在大功率同步電機(jī)的控制方式上更先進(jìn)。目前，HD93系列高壓變頻器可用于冶金、電力、石化、礦山、建材和市政等領(lǐng)域；可以拖動(dòng)的負(fù)載有風(fēng)機(jī)水泵、皮帶機(jī)、空壓機(jī)等。

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