匯川HD93系列10MVA高壓變頻器在大功率同步電機中的應用

眾所周知，冶金行業是國民經濟生產中的耗能大戶和污染大戶。在冶金行業生產過程中，風機和水泵的耗電量占到其生產成本的35%～45%。近幾年，國家實行節能減排政策，針對冶金行業等耗能大戶重點改造；通過幾年的發展和總結，現國產高壓變頻器在風機水泵負載上的節能技術日趨成熟，節能減排效果明顯。

在冶金行業有諸多設備具有變頻應用前景和空間，但是其中廣泛推廣、被眾多用戶所接受的還主要集中在風機和循環水泵兩類負載上。冶金行業典型應用負載有很多種，其中燒結主抽風機、高爐鼓風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，節能改造效果明顯。燒結主抽風機由于其工藝的節能空間大，很多EMC廠家對其改造很感興趣。

一、背景

1.1燒結工藝過程

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：燒結法和球團法。兩種方法所獲得的塊礦分別為燒結礦和球團礦。目前以抽風工藝燒結為多，燒結機分為帶式和環式。

 

圖1 燒結工藝

燒結工藝是指根據原料特性所選擇的加工程序和燒結工藝制度，它對燒結生產的產量和質量有著直接而重要的影響。按照燒結過程的內在規律選擇合適的工藝流程和操作制度，利用現代科學技術成果，強化燒結生產過程，能夠獲得先進的技術經濟指標，保證實現高產、優質、低耗。本生產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，抽風燒結，抽風冷卻，破碎篩分，除塵等環節組成。目前生產上廣泛采用帶式抽風燒結機生產燒結礦。

1.2節能改造

河北某鑄業燒結廠燒結為110m2的帶式燒結，該線配置了1臺上海某電機廠10kV/5600kW有刷同步電機，負載為燒結主抽風機（圖2）；另外2臺10kV/710kW異步電機，負載為燒結環冷風機，一用一備。目前主抽風機啟動運行方式為工頻異步降壓軟運行，同步投勵。

該生產線的主抽風機為擋板調節，燒結機料厚在700mm左右，根據料層的透氣性，主抽風機風門開度在70%左右，維持負壓在-16 kPa，以保證成品率為準。環冷風機以保證冷卻效果為準。此方案主要對燒結主抽風機進行變頻改造和分析。

 

圖2燒結同步機及負載主抽風機

二、改造方案

2.1 設備參數

電機額定電壓10KV，額定功率5600KW，功率因素0.9，采用Y型接法。風機具體參數如下：

 

 

 

 

2.2 技術方案

根據現場負載情況，配置由匯川公司生產的高壓變頻器HD93-J100/7000-DN,該產品具有設計余量大、過載能力強，操作方便，質量可靠等優點。

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為用戶側高壓開關柜，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，電機及用戶側高壓斷路器1QF保留甲方原有設備。

3) 工頻運行時，KM1、KM2斷開將勵磁刀閘切換到工頻勵磁系統；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，變頻勵磁系統可以利用匯川技術專用同步勵磁控制系統，KM1與KM2閉合，將勵磁刀閘切換到變頻勵磁系統。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，從現場向變頻器下達“停機”命令，變頻器驅動同步電機減速至完全停機，然后停止輸出電壓電流。最后在現場分斷斷路器1QF，由其輔助觸點通知勵磁裝置滅磁，滅磁完成后關閉勵磁裝置電源。遇到故障時，變頻器在停止電壓電流輸出的同時，立即分斷上級斷路器1QF，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：在風機房操作箱實施遠程調速、遠程監控運行頻率和輸出電流等。

變頻器提供給用戶的開關量

 

 

用戶提供給變頻器的開關量

 

 

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、結束語

經匯川HD93高壓變頻改造后，各項性能指標均達到了設計要求。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）實際節電：正常生產后，不再控制風機的風門，而將其全部打開，變頻器只需運行32～43Hz就可以滿足生產，實際的輸出功率為3280kW,每年節約電費為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變頻器現場經過連續5次高轉速飛車啟動試驗均無故障。

5）節省人力：改造前，需要專門人員調節風門；變頻改造后，只需在控制臺進行遠程調速即可。

6）將運行風機改用變頻控制后，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定性，為機組的經濟優化運行提供了可靠保證；風機的運行參數得到了改善，提高了運行效率。

7）采用變頻調速，電動機轉速降低使環境噪音影響得到大大改善。

8）變頻器啟動，屬于無擾啟動，不會對其他負載產生電流沖擊。

HD93系列高壓變頻器為匯川技術針對大功率同步電機研發的專機，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系列在現場操作上變得更加方便簡單。此次改造的燒結主抽風機良好運行，也有力證明了匯川技術的同步機矢量控制技術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、建材和市政等領域；可以拖動的負載有風機水泵、皮帶機、空壓機等。

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