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    燒結廠電機節能解決方案

    2014/1/23 22:06:08

    暫無圖片。

    詳細介紹
    一、燒結生產的工藝流程

      目前生產上廣泛采用帶式抽風燒結機生產燒結礦。主要包括燒結料的準備,配料與混合,燒結和產品處理等工序。

      燒結廠主要有燒結主抽風機(同步機或異步機);機尾除塵風機,整粒除塵風機,布袋除塵風機等,可以實施節能解決方案。

      二、燒結主抽風機節能解決方案

      燒結主抽風機是燒結生產的主要設備,擔負著燒結燃燒過程中持續送風功能,并產生負壓,使燒結混勻礦在臺車中至上而下充分燃燒,從而形成燒結礦。由于受燒結生產中諸多因素(料層厚度、設備漏風等)的影響,在生產過程中常常需要根據燒結機的實際情況不斷調整主抽風機的風量、負壓等風系統參數,使之滿足燒結生產。

     


      燒結主抽風機圖
     

      傳統形式的燒結主抽風系統為,主抽風機電機始終工作在工頻電網下,對燒結生產中的風量、負壓的調節僅通過改變風機擋板開度來實現,此種方式已沿用多年,并逐漸暴露出了其內在的不足:1、對風機擋板控制相對粗略,無法較準確地調整風機的風量等系統參數。2、風機始終工作在工頻狀態,無節能效果,提高了燒結礦成本。3、風機功率巨大(單臺6500kW),配套軟啟動器無法完全解決電機啟動時對電網的沖擊,且連續啟動次數僅局限在3次以下。

      采用高壓變頻器之后,對于燒結風系統參數的調節,完全可以通過調整主抽電機轉速來完成,并能實時修改電動機的轉速,非常平滑地實現燒結生產中風、負壓的調節功能。與傳統的控制系統相比,其主要優勢在于:1、風機擋板可開至100%,生產中僅需調節風機轉速即可滿足燒結生產所需系統參數,滿足生產。2、由于設計風機時均考慮了功率的富裕量,故在實際生產中,風機僅工作在工頻以下便能滿足生產,從而節省大量電能,降低燒結礦噸耗成本。3、高壓變頻啟動風機電機,對電網無沖擊,啟動曲線平滑,延長電機壽命,在啟動條件允許的情況下,重復啟動次數不受任何限制。除此之外,為了能夠最大限度保障燒結生產的連續性,主抽風系統采用高壓變頻控制后,具備二拖二相互啟動功能,單臺變頻器出現故障后,另一臺變頻器亦能夠實現兩臺電動機的工頻運行,滿足生產。

      三、高壓變頻器原理及特點

      高壓變頻器適合國內電網特性,符合國內用戶使用習慣的調速系統。該系統為電壓源型高壓變頻器,具有運行穩定、調速范圍廣、輸出波形好、輸入電流諧波低、功率因數高、效率高等特點,對電網諧波污染小,總體諧波畸變THD小于4%,直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準,不必采用輸入諧波濾波器,功率因數高,不必采用功率因數補償裝置,輸出波形好,不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、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。
      高壓變頻器采用單元串聯多電平PWM拓撲結構(簡稱CSML)。由若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出,高壓主回路與控制器之間為光纖連接,安全可靠;精確的故障報警保護;具有電力電子保護和工業電氣保護功能,保證變頻器和電機在正常運行和故障時的安全可靠。電網電壓(10kV)經過副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電,功率單元為三相輸入,單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結構,相鄰功率單元的輸出端串接起來,形成Y接結構,實現變壓變頻的高壓直接輸出,供給高壓電機。10kV輸出電壓每相有9個(n+1系統,具有旁路3個模塊不降額)額定電壓為700V的功率單元串聯而成,輸出相電壓5600V,線電壓達到10kV左右,每個功率單元承受全部的電機電流,但只提供1/9的相電壓和1/27的輸出功率。

     



      逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術,同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓,但串聯各單元的載波之間互相錯開一定電角度,實現多電平PWM,輸出電壓非常接近正弦波。輸出電壓每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小,所以dv/dt很小,功率單元采用較低的開關頻率,以降低開關損耗,且輸出電平數增加。10kV輸出電壓輸出相電壓為19電平,線電壓為37電平,輸出等效開關頻率9KHz,電平數和等效開關頻率的增加有利于改善輸出波形,降低輸出諧波,由諧波引起的電機發熱、噪音、轉矩脈動等都大大降低,可以直接用于普通異步電機,不會產生輸出電纜較長時行波反射引起的浪涌電壓增加而造成電機絕緣破壞問題。

      采用功率單元串聯,而不是功率器件串聯,器件承受的最高電壓為單元內直流母線的電壓,器件不必串聯,不存在器件串聯引起的均壓問題。直接使用低壓IGBT功率模塊,器件工作在低壓狀態,不易發生故障;10kv變頻器共使用54對1700V低壓IGBT,低壓IGBT門極驅動功率較低,驅動電路非常簡單,開關頻率很低,不必采取均壓電路和浪涌吸收電路,系統效率高,同時功率單元采用電容濾波的結構,總體技術成熟可靠。

      變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續運行,變頻器的10KV主電源完全失電時,變頻器可以在3秒內不停機,能夠全面滿足變頻器動力母線切換時不停機的需要。另外10KV主電源欠壓時可不停機,自動降額,電壓正常后再恢復到原來速度。

      采用二極管不可控整流電路結構,變頻器對浪涌電壓的承受能力較強,雷擊或開關操作引起的浪涌電壓可以經過變壓器(變壓器的阻抗一般為8%左右)產生浪涌電流,經過功率單元的整流二極管,給濾波電容充電,濾波電容足以吸收進入到單元內的浪涌能量,另外變壓器一次側安裝了浪涌吸收裝置,起到進一步保護作用。

      功率單元采用模塊化結構,同一變頻器內所有功率單元結構上完全一致,可以互換,維修非常方便,更換功率單元只要拆除3個交流輸入端子和2個交流輸出端子,以及1個光纖插頭,就可抽出整個單元。當某一功率模塊發生故障時,用戶在10分鐘內,經過簡單的操作就可以用備用功率模塊進行更換,保證系統可靠運行,所有功率模塊均有兩個指示燈,一個是帶電指示,另一個是運行指示,模塊的運行狀態一目了然。

      功率單元為多極模塊串聯,某個模塊發生故障時自動旁路運行,便于現場采取對應措施;即在每個功率單元輸出端之間并聯旁路電路,當功率單元故障時,封鎖對應功率單元IGBT的觸發信號,然后讓旁路SCR導通,保證電機電流能通過,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。對于10kv的變頻器每相由9個功率單元串聯而成,當每相1個單元被旁路后,每相剩下8個功率單元,輸出最高電壓仍然可以達到100%,因為此系統為8+1冗余設計。輸出電流當然也能達到100%,也能達到100%,能繼續維持正常生產。

      輸入干式變壓器免維護,可靠性高。變壓器的防護與變頻器共同防護為IP21防護外殼,可防止直徑大于12mm的固體異物及鼠、蛇、貓、雀等小動物進入,造成短路停電等惡性故障,為帶電部分提供安全屏障。

      高效率(>96%),輸入功率因數高(>0.95),電流諧波少(<4%),無須功率因數補償/諧波抑制裝置;輸出階梯正弦PWM波形,無須輸出濾波裝置,對電纜、電機絕緣無損害,電機諧波少,減少軸承、葉片的機械振動,輸出線可以長達1000米;減少配件的損耗,延長設備使用壽命,提高勞動生產效率。

      高的調速精度和精確的輸出頻率分辨率(0.01HZ),輸出頻率0.5Hz—120Hz連續可調,完全可以滿足電力機組生產工藝工況的要求;電機可實現軟啟動、軟制動,轉速自動控制;啟動電流小于電機的額定電流;電機啟動時間可連續可調,減少了對電網影響。

      變頻器直接內置有PLC,易于改變控制邏輯關系,適應多變的現場需要;與機組的DCS系統實現真正的無縫接口。

      采用外部模擬信號控制變頻器輸出頻率時(變頻器作為DCS的執行機構),如果發生模擬信號掉線或短路時,變頻器可以提供報警信號,同時保持原有輸出頻率不變。

      變頻器控制電源可接收雙路交流220V輸入,并配備有UPS,在控制電源任意一路交流電掉電后可以切換到備用電源。當兩路都交流電都斷開,UPS也可以繼續維持運行接近30分鐘?梢岳^續運行,同時提供報警。

      四、燒結主抽風機應用實例

      燒結廠燒結機主抽風機的6500kW/10kV的電機控制系統進行了高壓變頻控制節能改造。

      燒結主抽風機高壓控制系統(單系列)主要由以下幾部分組成:
      1)10KV高壓開關柜QF1~QF4,主要功能為:提供變頻器電源及電機工頻運行電源。
      2)激磁涌流電阻:減少變頻器上電時對變頻器的沖擊。
      3)高壓變頻器:控制、調節風機轉速。
      4)交流電抗器:抑制同步投切時電網對變頻器輸出端的沖擊。
      5)變頻器控制柜:參與單臺變頻器控制及投切部分功能。
      6)協調控制柜:兩臺主抽電機之間投切配合;高壓柜與變頻器間配合控制功能。

      五、節能效果

      中鐵裝備燒結廠主抽風機變頻裝置自投入運行后,運行良好,調節平穩,節能率超過20%。

      六、應注意的問題

      1)變頻器運行時產生較多熱量,可能導致變頻器本身溫度過高,從而影響生產,估在變頻器運行中,要確保室內空水冷系統工作正常,水壓正常。

      2)調整風機轉速時,應同時調整兩臺風機轉速,以保證兩臺風機負荷的平衡度。

      3)適當延長風機減速時間,防止風機在減速過程中造成變頻器直流母線過電壓。

      4)進行同步投切時,盡量減小風門擋板開度,以減少投切瞬間的風機負荷,造成同步投切失敗。

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