時(shí)間:2014-08-14 16:23:49來源:蘇州匯川技術(shù)有限公司
一、概述
國家“十二五”規(guī)劃明確提出了關(guān)于節(jié)能減排的規(guī)范文件,如未能采取更加有效的應(yīng)對(duì)措施,我國面臨的資源環(huán)境約束將日益強(qiáng)化。從國內(nèi)看,隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快和消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí),我國能源需求呈剛性增長,受國內(nèi)資源保障能力和環(huán)境容量制約,我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的資源環(huán)境瓶頸約束更加突出,節(jié)能減排工作難度不斷加大。從國際看,圍繞能源安全和氣候變化的博弈更加激烈。一方面,貿(mào)易保護(hù)主義抬頭,部分發(fā)達(dá)國家憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)開征碳稅并計(jì)劃實(shí)施碳關(guān)稅,綠色貿(mào)易壁壘日益突出。另一方面,全球范圍內(nèi)綠色經(jīng)濟(jì)、低碳技術(shù)正在興起,不少發(fā)達(dá)國家大幅增加投入,支持節(jié)能環(huán)保、新能源和低碳技術(shù)等領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展,搶占未來發(fā)展制高點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。
規(guī)劃中提出對(duì)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)施變頻調(diào)速、永磁調(diào)速、無功補(bǔ)償?shù)裙?jié)能改造,優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行和控制,提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率。變頻調(diào)速尤其在大功率風(fēng)機(jī)類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載場(chǎng)合應(yīng)用效果尤為明顯。
冶金行業(yè)向來是耗能大戶,尤其在目前產(chǎn)能過剩、利潤低的情況下,節(jié)能顯得尤為重要,鋼鐵行業(yè)中的大功率電動(dòng)機(jī)耗費(fèi)了大量的電費(fèi),由于實(shí)際過程導(dǎo)致工頻運(yùn)行大馬拉小車現(xiàn)象嚴(yán)重,變頻改造成了不二之選。
目前鋼鐵行業(yè)中的燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī),功率一般為整個(gè)鋼鐵廠除了高爐鼓風(fēng)機(jī)第二大功率的設(shè)備,而且多為大功率同步機(jī)驅(qū)動(dòng),同步機(jī)的變頻改造一直以來就是一大技術(shù)難點(diǎn),下面將介紹一下同步機(jī)的改造方案及應(yīng)用效果。
二、 同步機(jī)及燒結(jié)工藝介紹
1、大功率同步機(jī)變頻改造難點(diǎn)
同步機(jī)相比于異步機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn):
(1)對(duì)轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)具有更強(qiáng)的承受能力,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快;
(2)在極低電源頻率下也能運(yùn)行,調(diào)速范圍寬;
(3)通過改變勵(lì)磁電流,功率因數(shù)可調(diào);
(4)穩(wěn)定性高,轉(zhuǎn)矩與端電壓成正比;
上述的諸多優(yōu)點(diǎn)使得其使用越來越廣泛,但是大功率同步機(jī)變頻控制技術(shù)一直是高壓變頻領(lǐng)域的一大難點(diǎn),各廠家技術(shù)參差不齊,導(dǎo)致其最終的控制效果差距較大,以下為有刷同步電機(jī)變頻改造需要注意的事項(xiàng):
(1)同步電機(jī)的起動(dòng)問題:電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi),否則將導(dǎo)致系統(tǒng)失步;
(2)同步電機(jī)調(diào)速期間和勵(lì)磁裝置的協(xié)調(diào)問題,防止正常調(diào)速期間同步機(jī)失步;
(3)同步電機(jī)正常停機(jī)和故障滅磁問題。
2、匯川技術(shù)HD93同步機(jī)控制技術(shù)
匯川依據(jù)自身多年同步機(jī)控制經(jīng)驗(yàn),在高壓大功率同步機(jī)控制方面,通過我們大量的仿真實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)分析,研發(fā)了適用于高壓大功率領(lǐng)域同步機(jī)的矢量控制方案,依托于磁鏈閉環(huán)矢量控制(SFOC)這一平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了真正的同步機(jī)變頻無速度傳感器矢量控制技術(shù)啟動(dòng)方式(SVC),整個(gè)啟動(dòng)過程平滑、無沖擊,不存在啟動(dòng)整步問題,并且控制精度高、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快,穩(wěn)定性好。
圖1:匯川同步機(jī)磁鏈閉環(huán)矢量控制原理圖
圖2:匯川同步機(jī)變頻啟動(dòng)過程圖
基于電機(jī)d - q軸 系數(shù)學(xué)方程,對(duì)電機(jī)的磁鏈、電流進(jìn)行解耦控制,具有磁鏈、電壓閉環(huán)特點(diǎn)。
和進(jìn)行比較再通過比例積分調(diào)節(jié)器得到,在和比較再通過比例積分調(diào)節(jié)器得到;和比較得到,和再通過比例積分調(diào)節(jié)器得到,和比較再通過比例積分調(diào)節(jié)器得到,和比較得到;和2/3轉(zhuǎn)換得到,進(jìn)行發(fā)波控制。
通過匯川多個(gè)大容量同步機(jī)變頻改造應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試運(yùn)行情況來看,匯川同步機(jī)控制方案還具有調(diào)試簡單、調(diào)試時(shí)間短,以及運(yùn)行穩(wěn)定的眾多優(yōu)點(diǎn),得到了用戶的一直好評(píng),匯川的同步機(jī)控制技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)建立了絕對(duì)的領(lǐng)先地位。
3、燒結(jié)工藝簡介
圖3: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(duì)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。燒結(jié)生產(chǎn)的工藝流程如上圖所示。主要包括燒結(jié)料的準(zhǔn)備,配料與混合,燒結(jié)和產(chǎn)品處理等工序。
三、客戶現(xiàn)場(chǎng)改造方案
1、項(xiàng)目背景
本次我司HD93產(chǎn)品改造對(duì)象為河北省武安市某鋼鐵集團(tuán)燒結(jié)廠燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī),此燒結(jié)線為220m2規(guī)模燒結(jié)線,配備有8000kW功率燒結(jié)主抽一臺(tái),是整個(gè)燒結(jié)廠的最大耗電設(shè)備,在整個(gè)鋼廠也屬于耗能大戶,工頻運(yùn)行采用水阻啟動(dòng)方式,啟動(dòng)沖擊大,所以每次啟動(dòng)此電機(jī)都比較困難,另外由于要根據(jù)生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)風(fēng)量,平時(shí)采用風(fēng)門調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行,風(fēng)門一般在60%~80%調(diào)節(jié),能量浪費(fèi)嚴(yán)重,所以節(jié)能改造迫在眉睫。
2、設(shè)備參數(shù)介紹
3、改造系統(tǒng)方案
圖4:系統(tǒng)一次圖
4、系統(tǒng)方案說明
系統(tǒng)采用HD93高性能型同步機(jī)專用高壓變頻器、勵(lì)磁柜、開關(guān)柜和旁路柜完成對(duì)同步機(jī)負(fù)載的同步電機(jī)控制。整個(gè)系統(tǒng)方案在保留客戶原勵(lì)磁系統(tǒng)的情況下,我們重新配備變頻勵(lì)磁柜,在變頻器正常運(yùn)行的情況下,變頻器與變頻勵(lì)磁柜配合來控制客戶同步電機(jī)啟動(dòng)與運(yùn)行,而為了保證電機(jī)的可靠運(yùn)行,我們配備了工頻旁路系統(tǒng),在變頻器出現(xiàn)重故障的情況下,客戶還可以利用旁路系統(tǒng)跟原工頻勵(lì)磁系統(tǒng)來進(jìn)行控制電機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)行。
總結(jié)高壓變頻器方案如下:
(1) 系統(tǒng)采周一拖一配手動(dòng)工頻旁路柜,工頻運(yùn)行時(shí),可以配合原有水阻軟啟動(dòng)方式運(yùn)行;
(2) 控制系統(tǒng)改造,實(shí)現(xiàn)新舊高壓柜的遠(yuǎn)程操作及聯(lián)鎖;
(3) 勵(lì)磁系統(tǒng)改造,實(shí)現(xiàn)工變頻狀態(tài)的勵(lì)磁控制轉(zhuǎn)換;
(4) 配套上位監(jiān)控系統(tǒng),遠(yuǎn)程監(jiān)控變頻器系統(tǒng)狀態(tài);
5、電氣配置說明
(1)SM為客戶現(xiàn)場(chǎng)電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī),基本電氣參數(shù)為8000kW/10kV。
(2)Mg1為變頻運(yùn)行專用勵(lì)磁柜。在變頻狀態(tài)下,通過變頻器內(nèi)部運(yùn)算給定勵(lì)磁電流指令,勵(lì)磁柜與變頻器實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流閉環(huán)控制,MG2為客戶原有工頻勵(lì)磁柜,MG1與MG2之間設(shè)置有切換開關(guān),需要工頻運(yùn)行時(shí),勵(lì)磁系統(tǒng)切換至MG2。
(3)QS1、QS2、QS3為工頻旁路柜內(nèi)高壓隔離開關(guān),用于變頻或工頻啟動(dòng)同步電機(jī)。
(4)系統(tǒng)配置工頻勵(lì)磁與變頻勵(lì)磁的切換裝置,采用切換刀閘形式,安全可靠。
(5)變頻器為匯川HD93高性能型同步機(jī)高壓變頻器,基本電氣參數(shù)為10000kVA/10kV,額定頻率50Hz,最大運(yùn)行頻率為50/60 Hz。輸入變壓器為10000kVA/10kV干式移相變壓器,絕緣等級(jí)H級(jí),功率單元為兩象限兩電平單元級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)??刂乒駜?nèi)IO板提供標(biāo)準(zhǔn)IO接口和總線通訊接口(CAN、Modbus485、Profibus-DP)。
6、系統(tǒng)功能說明(變頻工況)
(1)系統(tǒng)控制電源380V和冷卻風(fēng)機(jī)電源上電,變頻勵(lì)磁柜選擇并且控制電源上電;
(2)對(duì)變頻器和勵(lì)磁柜進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)定,變頻勵(lì)磁柜和變頻器置于“遠(yuǎn)方”控制;
(3)將變頻輸入隔離刀閘QS1、輸出隔離刀閘QS2合閘,勵(lì)磁切換開關(guān)切換至變頻勵(lì)磁,變頻器及勵(lì)磁柜控制系統(tǒng)自檢,如無故障,輸出“合閘允許”信號(hào);
(4)用戶開關(guān)柜斷路器QF1合閘,待水阻柜啟動(dòng)完成后,星點(diǎn)柜QF2合閘;
(5)變頻器及勵(lì)磁柜如上電正常,輸出“變頻器準(zhǔn)備就緒”和“勵(lì)磁柜就緒”信號(hào)到總控臺(tái);
(6)總控臺(tái)對(duì)變頻器給定運(yùn)行頻率,發(fā)啟動(dòng)指令。
(7)變頻器接收到啟動(dòng)命令后,發(fā)勵(lì)磁啟動(dòng)指令給勵(lì)磁柜,同時(shí)發(fā)出動(dòng)態(tài)勵(lì)磁電流指令;
(8)當(dāng)運(yùn)行頻率達(dá)到50Hz時(shí),變頻器輸出電壓達(dá)到10kV。
(9)在運(yùn)行過程中,當(dāng)變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí),會(huì)同時(shí)聯(lián)跳輸入斷路器QF,且通知?jiǎng)?lì)磁柜進(jìn)行滅磁。
(10)QS2和QS3設(shè)有機(jī)械聯(lián)鎖,當(dāng)QS2閉合時(shí),QS3不能合閘。
(11)當(dāng)工藝需要停機(jī)時(shí),通過總控臺(tái)向變頻器發(fā)送“停機(jī)”指令,變頻器接受指令后封鎖變頻器輸出。
7、改造后節(jié)能對(duì)比
變頻改造之后實(shí)現(xiàn)了較為可觀的節(jié)電量,為公司的節(jié)能減排工作做出了較大的貢獻(xiàn),降低了整個(gè)公司的生產(chǎn)成本,得到了客戶的一致認(rèn)可。
8、變頻改造優(yōu)勢(shì)
(1) 完美解決了大容量同步機(jī)的啟動(dòng)問題;
(2) 節(jié)電,大大降低運(yùn)行成本;
(3) 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;
(4) 同步機(jī)的運(yùn)行參數(shù)得到了改善,提高了運(yùn)行效率;
(5) 可實(shí)現(xiàn)大功率同步機(jī)負(fù)載的變頻軟啟動(dòng),啟動(dòng)峰值電流和時(shí)間大為減少,避免了因大啟動(dòng)電流造成的絕緣老化及由于較大電動(dòng)力矩造成對(duì)電機(jī)的機(jī)械沖擊,延長了電機(jī)的壽命,減少了對(duì)電機(jī)的維護(hù)工作量;
(6) 節(jié)流裝置全開,不僅達(dá)到了降耗節(jié)能的目的,同時(shí)還減小了管道系統(tǒng)的振動(dòng),使管道壓力波動(dòng)減小,延長了管道的使用壽命和檢修周期及檢修的工作量,使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性得到改善;
(7) 頻率的調(diào)節(jié)性能優(yōu)越,有利于實(shí)現(xiàn)分散控制系統(tǒng)改造,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的優(yōu)化改造;
(8) 采用變頻調(diào)節(jié),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低使環(huán)境噪音影響得到大大改善。
(9) 勵(lì)磁完全變頻控制,只需操作變頻器,一鍵啟動(dòng)/停機(jī),方便操作。
四、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用照片
圖5:現(xiàn)場(chǎng)工作人員調(diào)試照片
圖6:現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)照片
圖7:變頻系統(tǒng)整機(jī)圖
圖8:現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)飛車啟動(dòng)時(shí)定子電流及勵(lì)磁電流變化波形圖(動(dòng)態(tài)勵(lì)磁控制)
五、結(jié)束語
冶金行業(yè)歷來屬于高耗能行業(yè),大功率電機(jī)數(shù)量巨大,常年工頻運(yùn)行導(dǎo)致能源浪費(fèi)嚴(yán)重,變頻改造不僅能夠?qū)崿F(xiàn)顯著地節(jié)能效果,且能夠改善運(yùn)行工藝,達(dá)到多重改造效果,經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯著,燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的變頻改造不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較高的節(jié)能效果,還能夠?qū)崿F(xiàn)大功率同步電機(jī)的啟動(dòng)調(diào)速問題。匯川技術(shù)HD93系列同步機(jī)專用高壓變頻器之所以能夠成功的改造此次大功率燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī),也是產(chǎn)品高性能、高可靠性的一個(gè)證明。
匯川技術(shù)有限公司依托多年的自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),對(duì)冶金行業(yè)的變頻改造具有獨(dú)到的方案解決能力,HD9X系列高壓變頻器為采用矢量控制技術(shù)的高性能變頻器,產(chǎn)品適用于冶金、電力、化工、市政等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。
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