1.引言
濟鋼始建于1958年,是國內十大鋼廠之一,是全國最大的中厚板生產(chǎn)出口龍頭企業(yè),產(chǎn)品出口比例、中厚板的產(chǎn)量、成本、市場占有率、出口量等多項指標位居全國前列。濟鋼燒結廠擁有4臺燒結機,年產(chǎn)燒結礦580萬噸。所有原料、成品都經(jīng)由皮帶運輸機傳送,在運送過程中會產(chǎn)生大量粉塵,這些粉塵會造成環(huán)境污染,根據(jù)國家法規(guī),需要除塵處理。
濟鋼燒結廠的配料電除塵器負責對熔劑破碎系統(tǒng)和配料室的熔劑區(qū)的揚塵點進行除塵。由于熔劑破碎系統(tǒng)屬于間歇工作制,配料除塵系統(tǒng)每天大約有70%的時間粉塵濃度高,需要的除塵風量大,另有30%的時間粉塵相對較少,不需要很大的風量。但是現(xiàn)有的系統(tǒng)采取調節(jié)風機入口的風門來進行調節(jié)風量,風機電機始終滿載運行,這樣就造成了不必要的能源浪費。
隨著市場經(jīng)濟的不斷加劇,節(jié)能降耗成為企業(yè)提高產(chǎn)品市場占有率、競爭力的有效手段之一。而高壓大功率變頻調速技術的日益成熟,使得該項技術廣泛應用于冶金、石油、化工、電力、水泥、給排水、制藥、造紙、污水處理等各個行業(yè)。濟鋼燒結廠正是在這種形勢下,對配料除塵系統(tǒng)進行高壓變頻技術研究改造,經(jīng)多方考察比較,最終選用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻調速系統(tǒng),對配料除塵風機進行調速節(jié)能改造。
2.設備概況
濟鋼燒結廠配料除塵風機電機為沈陽電機股份有限公司生產(chǎn)的200KW高壓異步電機,機組的主要參數(shù)如下:
除塵風機參數(shù)
型號Y4-73
風量145000m3/h
風壓4000Pa
電機參數(shù)
電機型號YKK3554-6
額定功率200KW
額定電壓6000V
額定電流24A
額定轉速985rpm
3.高壓變頻調速系統(tǒng)
改造采用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風光牌JD-BP37-240F功率單元串聯(lián)多電平高壓大功率變頻器,以下是對風光牌JD-BP37-240F高壓變頻器的一些介紹。
3.1風光牌JD-BP37-240F高壓變頻器主要性能指標
變頻器功率240KW
額定輸出電流32A
輸入頻率50HZ±5HZ
額定輸入電壓6KV
允許電壓波動±20%
輸入功率因數(shù)≥0.98
輸出頻率范圍0~50HZ
輸出電壓范圍0~6KV
頻率分辨率0.01HZ
加速時間可由用戶生產(chǎn)工藝設定
減速時間可由用戶生產(chǎn)工藝設定
變頻器效率≥96%
過載能力100%連續(xù)160%連續(xù)1min220%允許1.5S
防護等級IP20
3.2 JD-BP37-240F高壓變頻調速器主要技術性能
3.2.1高——高電壓源型變頻器,直接6KV輸入,直接6KV輸出,無須任何輸出變壓器或濾波器,適配于普通高壓電動機,對電機、電纜絕緣無損害。
3.2.2輸入功率因數(shù)高,電流諧波小,無須功率因數(shù)補償、諧波抑制裝置。
3.2.3單元電路模塊化設計,維護簡單,互換性好。
3.2.4輸出階梯正弦PWM波形。
3.2.5高壓主回路與控制器之間為光纖連接,強弱電隔離,安全可靠。
3.2.6完善的故障檢測,精確的故障保護及準確的定位顯示和報警。
3.2.7內置PLC,易于改變控制邏輯關系,可靈活選擇現(xiàn)場控制/遠程控制,適應現(xiàn)場多變需求。
3.2.8采用載波移相控制技術,大大抑制了輸出電壓的諧波成分,保證輸出波形是完美正弦波。
3.2.9控制電源與高壓電相互獨立,無高壓可以檢測變頻器輸出,便于現(xiàn)場調試以及培訓操作人員,便于維護。
3.2.10采用準優(yōu)化SPWM調制技術,電壓利用率高。
3.2.11功率單元經(jīng)24小時高溫老化、150%負載試驗,可靠性高。
3.2.12中文Windows操作界面,彩色液晶觸摸屏操作。用戶操作監(jiān)控系統(tǒng)界面十分友好和完善,系統(tǒng)包括上位機(商用PC機)、下位機(工控機)、單片機。其中單片機給用戶提供一個4位LED數(shù)碼顯示屏和一個12鍵的小鍵盤操作平臺,可對變頻器進行全部操作,包括參數(shù)設置和各種運行指令。工控機用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺,其功能更齊全,包括參數(shù)設定、功能設定、運行操作、運行數(shù)據(jù)打印、故障查詢等等。上位機(商用PC機)放在總控室,可對多臺變頻器進行遙測、遙控。若只有一臺變頻器,上位機可省,或讓客戶自定。
3.2.13可接收和輸出多路工業(yè)標準信號。
3.2.14可打印輸出運行報表。
3.3 高壓變頻調速系統(tǒng)
風光牌JD-BP37-240F高壓變頻調速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換方式,屬電壓源型,采用功率單元多電平串聯(lián)方式,以新型西門子IGBT為主控器件,全數(shù)字化控制,彩色液晶觸摸屏控制,以高可靠性、易操作、高性能為設計目標的優(yōu)質變頻調速器。它對電網(wǎng)諧波污染小,輸入電流諧波畸變小于1%,直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準,輸入功率因數(shù)高,不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置;輸出波形質量好,不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,不必加輸出濾波器,就可以使用普通的異步電機
風光高壓變頻器,采用若干個低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出,所用的6kv高壓變頻器,變壓器有18組付邊繞組,分為6個功率單元∕相,三相共18個單元,采用36脈沖整流,輸入端的諧波成分遠低于國標規(guī)定,高壓變頻器系統(tǒng)結構如圖1所示,單元電路的主電路如圖2所示,旁路支路采用可控硅模塊。
圖2單元電路主電路
3.4系統(tǒng)功能
(1)單元旁路功能
當某個功率模塊發(fā)生故障時自動旁路運行,變頻裝置不停機,但需降額使用,即在每個功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路,當功率單元故障時,封鎖對應功率單元IGBT的觸發(fā)信號,然后讓旁路SCR導通,保證電機電流通過,仍形成通路。為保證三相輸出電壓對稱,在旁路故障功率單元的同時,另外兩相對應的兩個功率單元也同時旁路。
(2)保護功能
變頻裝置有過電壓、欠電壓、過電流、缺相、變頻器過載、變頻器過熱、電機過載等保護功能。
①過流保護。電機電流的160%,允許1min,超過則立即保護。
②過載保護。電機電流的120%,每10min允許1min(反時限特性),超過則保護。
③單元過壓保護。檢測每個單元的直流母線電壓,如果超過設定的數(shù)值,則變頻器進行過壓保護。
④單元欠壓保護。檢測每個單元的直流母線電壓,如果低于設定的數(shù)值,則變頻器進行欠壓保護。
⑤變頻器過熱保護。輸入側整流變壓器和功率單元放置溫度檢測元件,一旦超過溫度極限閥值,則變頻器進行過熱保護。
⑥缺相保護。缺相分輸入側缺相和輸出側缺相兩種。有相應檢測回路,缺相后則進行相應保護。
3.5常見問題的處理
風光牌JD-BP37-240F高壓變頻器具有高度的智能化水平和完善的故障檢測電路,并能對所有故障提供精確的定位,在工控機界面上作出明確的指示。用戶可以根據(jù)工控機顯示的故障信息,分別采取相應的處理措施。
為保證設備的可靠性,使設備最大程度不間斷運行。系統(tǒng)發(fā)生下列故障時,按照一般故障處理:變壓器輕度過熱,柜門連鎖故障,單元柜風機故障,工控機故障。對于一般故障的發(fā)生,系統(tǒng)不作記憶處理。系統(tǒng)運行時如果發(fā)生這類故障,變頻器并不停機保護,只是發(fā)出報警信息。在停機狀態(tài)下,如果存在這類故障,用戶還能進行啟動等操作。
系統(tǒng)發(fā)生下列故障時,按照重故障處理。單元重故障,變壓器嚴重過熱,以上重故障發(fā)生后,系統(tǒng)作記憶處理。故障一旦發(fā)生,系統(tǒng)報警并自動跳閘停機。只有故障徹底排除后,才能重新開機。
4.系統(tǒng)改造方案
濟鋼燒結廠配料除塵風機電機的改造方案主回路如下圖3所示:
圖3控制方案接線圖
K0用戶原高壓開關
K1、K2和K3變頻器旁路開關柜高壓隔離開關
BPQJD-BP37-240F高壓變頻器
M高壓電動機
變頻器控制配料除塵風機為一拖一控制,旁路開關柜用于工/變頻切換。K1,K2和K3為三個高壓隔離開關,要求K2和K3不能同時閉合,在機械上實現(xiàn)互鎖。K3斷開,K1和K2閉合,風機變頻運行;K1和K2斷開,K3閉合,風機工頻運行。
5.項目實施情況
2005年5月6日,濟鋼與山東新風光電子科技發(fā)展有限公司正式簽定變頻器的供貨合同和技術協(xié)議。
2005年6月3日,變頻器運抵燒結廠庫房。
2005年8月21日至25日,變頻器本體安裝。
2005年8月26日,變頻器空載調試。
2005年8月27日至28日,變頻器帶載運行調試。
2005年8月29日至9月3日,變頻器試運行。
2005年9月9日,變頻器正式交接,我公司出據(jù)驗收報告。
6.現(xiàn)場運行情況
與原系統(tǒng)比較,引進山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器有以下優(yōu)點:
(1)運行穩(wěn)定,安全可靠。變頻器自正式投運以來,連續(xù)無故障運行,只需定期對變頻器除塵處理,不用停機,保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
(2)可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際粉塵濃度,通過變頻器調節(jié)風機轉速,達到除塵又節(jié)能的目的。
(3)減少了維護費用。由于對電機實現(xiàn)真正的軟啟動,軟停止,所以對電機、風機、擋板等各種設備以及電網(wǎng)的啟動沖擊大大減少,減少了設備的維護,延長了設備的使用壽命,大大降低了維護成本。
(4)減輕了值班人員的勞動強度。原配料除塵系統(tǒng)有多個可操作閥門,在工頻運行時,為了調節(jié)風量和滿足工藝要求,需經(jīng)常調節(jié)閥門,現(xiàn)場值班人員的操作繁瑣;變頻改造后,所有閥門始終處于打開位置,需要調節(jié)風量時,只需在值班室調節(jié)變頻器遠控箱的運行頻率即可,大大減少了現(xiàn)場人員的工作量,提高了工作效率。
(5)變頻器具有多項保護功能,十分完善。與原來舊系統(tǒng)相比較,變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升保護等多項保護功能,更精確地保護了電機。
(6)節(jié)能效果顯著,大大降低了除塵電耗。為了對除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進行評價,在系統(tǒng)投入正常運行后對設備實際使用和節(jié)電情況進行了測定和數(shù)據(jù)分析。變頻改造前后工況相同,隨機抽取一個正常工作日,將系統(tǒng)切換工頻運行采用閥門調節(jié)風量,網(wǎng)側計量耗電量,然后將系統(tǒng)切換變頻運行,計量耗電量,具體數(shù)據(jù)如下表:
通過上表可以得出以下結論:除塵系統(tǒng)在變頻改造后較改造前,一天除塵電耗降低了2376KW•h,節(jié)電率高達46%,節(jié)能效果顯著。
7.結束語
總之,山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-240F高壓變頻器在我公司燒結廠配料除塵風機上的改造是成功的,它不僅滿足了配料除塵系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求,節(jié)能效果顯著,而且性能穩(wěn)定,運行可靠。在能源越來越緊張的今天,相信風光高壓變頻器,在更多的行業(yè),會有更好的表現(xiàn)。
參考文獻
[1>山東新風光電子使用手冊[Z>.山東新風光電子科技發(fā)展有限公司。
[2>山東新風光電子JD-BP37-240F高壓變頻調速系統(tǒng)濟鋼調試大綱。
[3>山東新風光電子JD-BP37-240F高壓變頻調速系統(tǒng)濟鋼驗收報告。