時(shí)間:2014-02-24 13:52:59來(lái)源:李定川
1引言
近年來(lái),隨著變頻技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展,變頻器在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用也從以節(jié)能為目的,發(fā)展到以提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化及環(huán)境保護(hù)為目的,成為企業(yè)提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。
在煉鋼廠轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中,會(huì)排出大量煙塵,含有易燃?xì)怏w和金屬顆粒,污染環(huán)境,按我國(guó)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297—1996),對(duì)煙塵須冷卻、凈化,由引風(fēng)機(jī)將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統(tǒng)中備用。每座轉(zhuǎn)爐配有1套除塵系統(tǒng),除塵系統(tǒng)采用二級(jí)文氏管煙塵凈化方式,要求風(fēng)機(jī)在整個(gè)煉鋼工作周期內(nèi)變速運(yùn)行,吹氧時(shí)高速運(yùn)行,不吹氧時(shí)低速運(yùn)行。除塵風(fēng)機(jī)在煉鋼廠屬主要高耗能設(shè)備,其容量一般都是根據(jù)生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷條件選擇,但在實(shí)際運(yùn)行中往往比設(shè)計(jì)要小得多。如果電機(jī)不采用變頻調(diào)速控制,則流量通常只能通過(guò)調(diào)節(jié)擋板或閥門控制,其結(jié)果是造成很大的能量損耗。采用變頻器將電動(dòng)機(jī)直接進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行,則耗能量將會(huì)顯著減少,生產(chǎn)巨大的節(jié)能、環(huán)保效益。下面以某煉鋼廠4#爐除塵風(fēng)機(jī)經(jīng)技術(shù)改造采用高壓變頻調(diào)速的原理分析。
2系統(tǒng)方案
2.1設(shè)備配置
除塵風(fēng)機(jī)電氣系統(tǒng)主回路接線圖如圖l所示,其為一拖一控制,設(shè)置工頻/變頻切換柜,以保證除塵風(fēng)機(jī)安全可靠運(yùn)行。要求可以遠(yuǎn)程和本機(jī)控制。風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí),如果變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障,變頻器自動(dòng)停機(jī)。遠(yuǎn)程控制時(shí),通過(guò)操作臺(tái)工頻/變頻旋鈕把電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行,當(dāng)吹煉周期結(jié)束后,檢修變頻器。變頻器檢修完畢后,通過(guò)把操作臺(tái)工頻/變頻旋鈕打到變頻位置,返回變頻調(diào)速狀態(tài)。本機(jī)控制時(shí),通過(guò)變頻器控制柜工頻/變頻旋鈕把電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行,當(dāng)吹煉周期結(jié)束后,檢修變頻器。變頻器檢修完畢后,通過(guò)把變頻器工頻/變頻旋鈕打到變頻位置,返回變頻調(diào)速。
2.2.1吹煉工藝周期
如圖2所示:A到B為兌鐵加廢鋼時(shí)間,約1min。B到C為風(fēng)機(jī)升速時(shí)間,暫定1min,可以調(diào)節(jié)。c到D為吹氧時(shí)間,約14min。D點(diǎn)風(fēng)機(jī)開(kāi)始減速,暫定3rain,可以調(diào)節(jié)。D到E為倒?fàn)t測(cè)溫取樣時(shí)間,約2rain。E到F為出鋼時(shí)間,約2min。F到G為濺渣時(shí)問(wèn),約3min。整個(gè)吹煉工藝周期約26min,其中高速時(shí)間(C到D)12min。高速定為45Hz,可以調(diào)節(jié);低速定為20Hz,可以調(diào)節(jié)。
2.2.2變頻器和現(xiàn)場(chǎng)接口
在B點(diǎn),將爐前、爐后和氧氣流量信號(hào)送到4#爐電磁站PLC電氣站,通過(guò)用戶程序處理后,輸出到繼電器,由繼電器提供一對(duì)閉合節(jié)點(diǎn)(繼電器吸合時(shí),變頻器高速運(yùn)轉(zhuǎn);繼電器釋放時(shí),變頻器低速運(yùn)行),當(dāng)在爐前操作并有氧流量時(shí),繼電器吸合,變頻器開(kāi)始從低速向高速升速,在c點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作工進(jìn)行吹煉。在D點(diǎn),準(zhǔn)備出鋼,爐前工轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到爐后或沒(méi)有吹煉的時(shí)間超過(guò)15min,繼電器釋放,變頻器開(kāi)始降速,降速時(shí)間不作具體要求,但在減速過(guò)程中如果需要提速,變頻器應(yīng)能滿足提速要求。爐前、爐后和氧氣流量信號(hào)組合圖PLC程序如下圖3所示。
程序控制說(shuō)明:爐前操作吹煉時(shí),接點(diǎn)M20.1和M2.0通,將置位復(fù)位觸發(fā)器RS置位,此時(shí)Q20.2有輸出,同時(shí)由Q20.2輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器,從而由繼電器接點(diǎn)送給合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器高低速信號(hào)(繼電器通為高速,斷為低速);當(dāng)爐前工轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到爐后或沒(méi)有吹煉的時(shí)間超過(guò)15min時(shí),T44或T45或M20.2通,置位復(fù)位觸發(fā)器RS復(fù)位,Q20.2沒(méi)有輸出,繼電器釋放,變頻器降速。
3合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)
3.1監(jiān)控和操作
當(dāng)除塵風(fēng)機(jī)不吹煉時(shí),只需要很低的轉(zhuǎn)速,根本不需要滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。利用合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器根據(jù)實(shí)際需要對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻運(yùn)行,既保證和改善了工藝,又達(dá)到節(jié)能降耗的目的和效果。
采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:變頻器操作可以在本機(jī)控制,也可以遠(yuǎn)程操作。變頻器包括1臺(tái)內(nèi)置的PLC,用于柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理,以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)(如RS485)的協(xié)調(diào),并且可以根據(jù)用戶的需要擴(kuò)展控制開(kāi)關(guān)量,增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機(jī)或操作臺(tái)進(jìn)行操作,吹煉時(shí)(B到D),變頻器高速運(yùn)行,不吹煉時(shí),變頻器低速運(yùn)行??梢愿鶕?jù)工況需要自由設(shè)定,其完全可以滿足工藝要求。變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)如圖4所示。
現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以通過(guò)上位機(jī)或操作臺(tái)對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作并監(jiān)控變頻器運(yùn)行狀態(tài)。
上位機(jī):可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,一方面便于用戶隨時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行情況;另一方面,也利于設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù),故障問(wèn)題可以及時(shí)得到解決。
操作臺(tái):可以通過(guò)操作臺(tái)對(duì)變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程操作,包括工頻/變頻切換。
3.2高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理
HARSVERT高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高一高”變換形式,為單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串并聯(lián)而成,從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出;它對(duì)電網(wǎng)諧波污染小,輸入電流諧波畸變小于4,直接滿足IEEE519—1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn),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(bǔ)償裝置;輸出波形質(zhì)量好,不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題,不必加輸出濾波器,就可以使用普通的異步電機(jī),630kW/6kV變頻系統(tǒng)共有21個(gè)功率單元,每7個(gè)功率單元串連構(gòu)成一相。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
3.2.1功率單元
每個(gè)功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電,功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣,二次繞組采用延邊三角形接法,實(shí)現(xiàn)多重化,以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。
單元旁路功能:當(dāng)某個(gè)功率模塊發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)旁路運(yùn)行,變頻裝置不停機(jī),但需降額使用,即在每個(gè)功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路,當(dāng)功率單元故障時(shí),封鎖對(duì)應(yīng)功率單元IGBT的觸發(fā)信號(hào),然后讓旁路SCR導(dǎo)通,保證電機(jī)電流能通過(guò),仍形成通路。
為保證三相輸出電壓對(duì)稱,在旁路故障功率單元的同時(shí),另外兩相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)功率單元也同時(shí)旁路。對(duì)于6kV的變頻器每相由7個(gè)功率單元串聯(lián)而成,當(dāng)每相1個(gè)單元被旁路后,每相剩下6個(gè)功率單元,輸出最高電壓為額定電壓的859/6,輸出電流仍可達(dá)到100,輸出功率仍可達(dá)到85左右,對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載轉(zhuǎn)速仍可達(dá)92以上,基本能維持生產(chǎn)要求,大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
3.2.2變壓器柜
主要包括為功率單元供電的移相變壓器,還有輸入側(cè)的電壓、電流檢測(cè)器件電壓互感器和電流互感器,以及溫度檢測(cè)器件溫控器。
3.2.3功率柜
柜內(nèi)主要對(duì)功率單元進(jìn)行組合,通過(guò)每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電,通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組,得到非常好的PWM波形,dv/dt小,可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞,無(wú)需輸出濾波器,輸出電纜長(zhǎng)度長(zhǎng),電機(jī)不需要降額使用,可直接用于舊設(shè)備的改造;同時(shí),電機(jī)的諧波損耗大大減少,消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng),減小了軸承和葉輪的機(jī)械應(yīng)力。柜內(nèi)還附帶輸出電流和電壓檢測(cè)功能。
3.2.4風(fēng)機(jī)
變壓器柜配置6臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī),由溫控儀控制其起停,當(dāng)變壓器負(fù)荷增大,運(yùn)行溫度上升,當(dāng)繞組溫度達(dá)80℃時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻;當(dāng)繞組溫度低至70℃時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)停止風(fēng)機(jī)。當(dāng)變壓器繞組溫度繼續(xù)升高,若達(dá)到110℃時(shí),系統(tǒng)輸出超溫報(bào)警信號(hào);若溫度繼續(xù)上升達(dá)130℃,變壓器迅速跳閘。柜體上還設(shè)置了溫度顯示系統(tǒng)。功率柜根據(jù)功率大小配置2臺(tái)具有世界領(lǐng)先技術(shù),德國(guó)進(jìn)口EBM一后向離心式冷卻風(fēng)機(jī)(裕量大,單臺(tái)容量占總排量的50);如需將熱量直接排至室外,可增設(shè)風(fēng)道。
3.2.5控制柜
控制器核心由高速單片機(jī)和工控PC協(xié)同運(yùn)算實(shí)現(xiàn),精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。工控PC提供友好的全中文Windows監(jiān)控和操作界面,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。
控制器還包括一臺(tái)內(nèi)置的PLC,用于柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理,以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào),增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。
5結(jié)語(yǔ)
從以上分析及運(yùn)行情況來(lái)看,在除塵風(fēng)機(jī)采用合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器調(diào)速后,由變頻器直接控制電機(jī),通過(guò)調(diào)速驅(qū)動(dòng)除塵風(fēng)機(jī),提高傳動(dòng)效率。電機(jī)的電壓、電流明顯下降,電機(jī)輸入功率明顯減少。運(yùn)行工況點(diǎn)明顯改善,風(fēng)門可以全部打開(kāi),完全由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量,對(duì)生產(chǎn)操作極為方便、控制精度高、響應(yīng)速度快、而且合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器調(diào)速時(shí)間可以任意設(shè)定,避免了全負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊,使整個(gè)系統(tǒng)工作平穩(wěn)并有利于除塵風(fēng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng),延長(zhǎng)使用壽命。節(jié)電率在20~70之間,具有巨大的節(jié)能效益。
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