匯川HD93系列10MVA高壓變頻器在大功率同步電機中的應(yīng)用

眾所周知，冶金行業(yè)是國民經(jīng)濟生產(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)機和水泵的耗電量占到其生產(chǎn)成本的35%～45%。近幾年，國家實行節(jié)能減排政策，針對冶金行業(yè)等耗能大戶重點改造；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)機水泵負載上的節(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)機和循環(huán)水泵兩類負載上。冶金行業(yè)典型應(yīng)用負載有很多種，其中燒結(jié)主抽風(fēng)機、高爐鼓風(fēng)機及制氧壓縮機的功率較大，其運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)法和球團法。兩種方法所獲得的塊礦分別為燒結(jié)礦和球團礦。目前以抽風(fēng)工藝燒結(jié)為多，燒結(jié)機分為帶式和環(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，強化燒結(jié)生產(chǎn)過程，能夠獲得先進的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，保證實現(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臺上海某電機廠10kV/5600kW有刷同步電機，負載為燒結(jié)主抽風(fēng)機（圖2）；另外2臺10kV/710kW異步電機，負載為燒結(jié)環(huán)冷風(fēng)機，一用一備。目前主抽風(fēng)機啟動運行方式為工頻異步降壓軟運行，同步投勵。

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

 

圖2燒結(jié)同步機及負載主抽風(fēng)機

二、改造方案

2.1 設(shè)備參數(shù)

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

 

 

 

 

2.2 技術(shù)方案

根據(jù)現(xiàn)場負載情況，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)計余量大、過載能力強，操作方便，質(zhì)量可靠等優(yōu)點。

1) 主回路：采用一拖一自動旁路方案，見圖3。

 

圖3 主回路方案

2) 變頻運行方式：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。自動旁路柜變頻勵磁柜與變頻器配套提供，電機及用戶側(cè)高壓斷路器1QF保留甲方原有設(shè)備。

3) 工頻運行時，KM1、KM2斷開將勵磁刀閘切換到工頻勵磁系統(tǒng)；QF1閉合，水阻軟起裝置投入工頻回路，同步電機的啟動、運行、停機過程按照原有邏輯進行。

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

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

6） 控制回路：在風(fēng)機房操作箱實施遠程調(diào)速、遠程監(jiān)控運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 匯川機旁操作箱

三、結(jié)束語

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

1）加速時間：滿載時，從0Hz加速至50Hz，只需要80秒，遠遠低于客戶要求的加速時間最大值秒。

2）減速時間：滿載時，從50Hz減速至0Hz，只需要120秒，同樣也遠遠低于客戶要求的減速時間最大值。

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

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

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，只需在控制臺進行遠程調(diào)速即可。

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

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

8）變頻器啟動，屬于無擾啟動，不會對其他負載產(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研發(fā)的專機，該系列高壓變頻器以獨特的電勵磁同步機矢量控制方式，同時采用同步機變頻啟動動態(tài)勵磁方式，完美解決同步機啟動整步問題，此控制方式很好地解決了大功率同步電機啟動困難的問題，而且較同類廠家需要給電機加裝軸編碼器的運行方式，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)機良好運行，也有力證明了匯川技術(shù)的同步機矢量控制技術(shù)較同類廠家在大功率同步電機的控制方式上更先進。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；可以拖動的負載有風(fēng)機水泵、皮帶機、空壓機等。

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