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高压变频调速正在水泥厂高温风机上的运用

作者:佚名  泉源:湖北三环生长股份有限公司    日期:2014-4-18  阅读:

一、媒介

高压交换变频调速手艺是90年月迅速发展起来的一种新型电力传动调速手艺,重要用于交换机电的变频调速,其手艺和机能远远赛过之前接纳的调速体式格局(如串级调速、液力耦合器调速、转子火阻调速等)。高压变频以其明显的节能效益、下的调速精度、宽的调速局限、完美的珍爱功用、轻易的通讯功用,得到了宽大用户的承认和市场确实认,成为企业机电节电体式格局的首选计划。变频调速手艺现已被应用于各行各业,我公司于2004年起最先将高压变频器应用于水泥行业的机电节能革新,至今已胜利用于水泥厂窑尾排风机、高温风机、窑头EP风机、生料磨轮回风机的节能革新,与得了很多胜利的革新履历,并与得了明显的经济效益,现以荆门某水泥厂的窑尾高温风机变频革新为例,对高压变频应用于水泥行业的节能革新停止剖析取总结。

二、变频调速节电道理

异步电动机的变频调速是经由过程改动定子供电频次f去改动同步转速而实现调速的,正在调速中从高速到低速皆能够连结较小的转差率,因此斲丧转差功率小,效力下,是异步电动机的最为公道的调速要领。

由式     n60f/p1s

能够看出,若匀称天改动供电频次f,便可腻滑天改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速局限宽、腻滑性较高、机器特性较硬的长处,现在变频调速已成为异步电动机最主要的调速体式格局,正在许多范畴皆得到了普遍的运用。

变频调速具有以下明显的长处:

1)由装备设想余量而致使“大马拉小车”征象,果机电定速扭转弗成调治,如许运转天然虚耗很大,而变频调治彻底解决了那一题目;

2)由负载档板或阀门调治致使的大量撙节丧失,正在变频后不再存在;

3)某些工况负载需频仍调治,而档板调治线性太差,跟不上工况转变速度,故能耗很下,而变频调治相应极快,根基取工况转变同步;

4)异步电动机功率因数由变频前的0.85阁下进步到变频后的0.95以上;

5)可实现整转速启动,无启动打击电流,从而低落了启动负载,减轻了打击扭振。

6)高压变频器自己消耗极小,整机效力正在97%以上。

对离心式风机而言,流体力学有以下道理:输出风量Q取转速n成反比;输出压力H取转速n2反比;输出轴功率P取转速n3反比;即:

Q1/Q2n1/n2  

H1/H2(n1/n2)2 

P1/P2(n1/n2)3

当风机风量需求改动时,如调治风门的开度,则会使大量电能白白斲丧正在阀门及管路体系阻力上。如接纳变频调速调治风量,可使轴功率随流量的减小大幅度下落。变频调速时,当风机低于额定转速时,实际节电为

E=1-( n′/n)3×P×T (kWh)

式中: n——额定转速

n′—— 现实转速

P——额定转速时机电功率

T——工作时间

可见,经由过程变频对风机停止革新,不只节能并且大大进步了装备运转机能。以上公式为变频节能供应了充裕的理论依据。

三、SH-HVF变频器道理及特性

SH-HVF系列高压变频器是由湖北三环生长股份有限公司正在充裕消化取吸取国内外高压变频手艺的基础上,总结偕行的履历取经验,综合分析现今世界上现有的高压变频手艺研制开发出的新一代高压变频器,该变频器接纳间接下-下变更的体式格局,多重化移相整流、多电平串连倍压的手艺计划,优化的PWM掌握算法,实现优良的可变压变频(VVVF)的正弦电压和正弦电流的输出。

1、构造简介

SH-HVF系列高压变频器柜由单位柜(露掌握柜)、断绝移相变压器柜、工频旁路柜(露变频器进线柜、变频器出线柜)三局部构成,典范的SH-HVF变频器构造如图1所示。

1  SH-HVF变频器构造

2、手艺特性取功用

1)间接下-下变更,装备体积小,整机效力下;

2)输入侧接纳多重化移相整流手艺,电流谐波小,功率因数下;

3)接纳多功率单位串连手艺,输出波形失真小,输出谐波低;

4)高可*性设想,掌握旌旗灯号经光纤传送,及时可*;

5)主电路模块化设想,安装、调试、保护轻易;

6)体系热备份,严峻毛病时主动旁路;

7)内置PID调节器,可开环或闭环运转;

8)可选择现场掌握、近程掌握;

9)完美的珍爱机能:过流、过压、过载、过热、输出三相不平衡等多种珍爱功用内置;

10)高度智能化设想,开放式的软件和硬件设计方案,便于系统升级;

11)齐汉化中文界面,彩色液晶显示功用,轻易操纵;对事情电流、电压等参量停止及时检测、临时存储并可随时查阅;

12)天真轻易的接口设置;数字量、模仿量、通信接口完备、天真,取用户现场的DCS体系、各种现场总线完美合营,并可选配近程通信掌握单位,实现异地近程监控;

13)个性化设想,减小用户现场的滋扰和打击;硬起、硬停制止对电缆、用电装备及电网的打击。

3、相干珍爱

1)变压器防浪涌珍爱:正在变压器上电霎时,特其余设想防备浪涌电流对体系的打击

2)功率单位输入过流珍爱:检测到功率单位输入过流后,功率单位主动旁路

3)功率单位输入过压、短压珍爱:检测到功率单位直流电压过高、欠压后主动旁路珍爱单位,输出不受影响

4)输出电流不平衡珍爱:当输出长时间电压不平衡时,跳闸珍爱机电

5)输出电压不平衡珍爱:当输出长时间电流不平衡时,跳闸珍爱机电

6)体系过流珍爱:当输出电流凌驾设定的电流过流值时,跳闸珍爱机电

7)体系过载珍爱:当输出电流凌驾设定的电流过载值时,跳闸珍爱机电

8)短路、接地、输入电源断相、输出断相、过电压、短电压、过温等,体系将跳闸珍爱

4、用户接口

SH-HVF系列高压变频器为用户供应有压频曲线设置接口,闭环控制接口、用户侧高压开关掌握接口,用户慢停接口,用户频次反应接口,用户频次给定接口,用户报警旌旗灯号查询接口,用户DCS接口和用户需求的别的的变频器运转的参数、及时数据、历史数据等接口,这些接口包孕电压、电流、数字通讯接口等多种情势。

5、高压变频器的掌握道理

高压变频器道理框图如图2所示。

2  单位串连变频器道理柜图

单位数的若干视电压上下而定,以SH-HVF-Ⅰ型6KV变频器为例,每相为8单位,三相共有24单位。每一个功率单位的输入电压为400V,输出电压为0430V,每相8个功率单位串连,则对应的最高相电压为03450V,三相星形衔接的最高线电压为6000V。每一个功率单位蒙受悉数的机电电流、1/8的相电压、1/24的输出功率。

24个功率单位正在移相变压器上都有各自自力的三相输入绕组。功率单位之间及变压器二次绕组之间互相绝缘。二次绕组接纳延边三角形接法,目标是实现多重化,低落输入电流的谐波身分。移相变压器的副边绕组共24组(每相8组),组成48脉波整流体式格局。这类多级移相叠加的整流体式格局能够大大改进电网侧的输入电流波形,使其负载下的网侧功率因数靠近于1

功率单位的主电路由熔断器、三相齐桥整流模块、滤波电容及IGBT模快构成,如图3所示。进入功率单位的高压交换经由整流模块的整流和电容的滤波后酿成中央直流,正在控制系统的掌握下由IGBT顺变单位将中央直流顺变成交变的脉宽调制输出。每一个功率单位输出电压为10、-1三种状况电平,每相8个单位叠加,便可发生17种差别的电平品级,离别为±8±7±6±5±4±3±2±10。用这类多重化手艺组成的高压变频器,也称为单位串连多电平PWM电压型变频器,接纳功率单位串连,而不是用传统的器件串连去实现高压输出,以是不存在器件均压的题目。

3  功率单位电路

8个功率单位正在逆变侧串连成一相,将每一个功率单位输出的电平相叠加,再配以动态分配手艺和恰当的掌握算法,正在输出侧获得一组切近亲近正弦波的阶梯波,取高压变频器接纳的纯真PWM体式格局比拟,输出的dv/dt异常低,波形素质取正弦波的拟合水平非常好,再配以优化的PWM掌握,使输出谐波大为低落。因为这类波形正弦度好,du/dt小,可减小对电缆和机电的绝缘破坏,不必输出滤波器,输出电缆长度险些不受限定,机电不需要降额运用,可间接用于旧装备革新;同时,机电的谐波消耗大大削减,消弭了由此引发的机械振动,削减了轴承和叶片的机器应力。

全部体系的掌握局部由一套PLC,一套主控造器,一套旁路控制器、一个智能操纵面板(触摸屏)和一些开关、电源、继电器等构成。个中,PLC完成全部变频调速体系的管理,逻辑处置惩罚,包孕起泊车逻辑、报警毛病逻辑等。触摸屏为中文界面的液晶显示,完成变频器参数设定、运转参数状况显现和报警毛病显现等功用。主控造器完成PWM旌旗灯号的发生、移相,并转换成光旌旗灯号,经由过程光纤传送到功率单位,高压局部和高压局部完整可*断绝,体系具有极高的安全性,同时具有很好的抗电磁滋扰机能。旁路控制器为全部体系供应了较下的容错才能,当事情中的某个功率单位毛病时,旁路掌握能主动将其从事情中退出,并将备用功率单位投入运转。整套控制系统的设想原则是可*、适用、简朴。

高压变频器主体构造如图4所示 。

4  高压变频器主体构造

6、高压变频器功率单位冗余设想

SH-HVF系列高压变频器设置有单位旁路组件,一旦某一个功率单位泛起毛病,旁路掌握可主动将其旁路,使其退出运转,并同时将备用功率单位投入,包管全部体系的一般事情。使全部体系由本来的串连可*性构造酿成为并联可*性构造。接纳功率单位旁路手艺和冗余功率单位设计方案,大大的有利于进步体系的可*性。

一旦功率单位发作毛病并被旁路,体系掌握主动停止赔偿大概降额运用,以连结机电电压均衡。为了赔偿跌落的电压,每相最多为8个功率单位的体系可为每相配备2个分外的功率单位(选件)。该6个备用功率单位用来赔偿跌落的电压。若是没有装备备用功率单位,则变频器将事情正在稍低的输出电压,然则仍旧供应悉数额定电流。

功率单位旁路体系包孕每一个功率单位一个旁路接触器,一个接触器控制板(安装正在功率单位柜内)和主控体系取接触器控制板之间的光纤衔接。如图5所示,当功率单位一般时,旁路接触器不行动,其常闭主接点将功率单位接通输出;若功率单位毛病,旁路掌握封闭对应功率单位IGBT的触发旌旗灯号,并使旁路接触器行动,其常闭主接点断开,将功率单位从串连回路中切除,并将本单位中输出接线间接短接。

5  单位旁路掌握道理

四、水泥厂高温风机高压变频革新

1、窑尾高温风机体系简介

现在水泥厂生产线一样平常均为干法悬窑,其窑烧成体系流程简图如图6所示。

6  窑烧成体系流程简图

旋窑是一个有肯定斜度的圆筒状物,预热机去的料从窑尾进入到窑中,借助窑的迁移转变去促进料正在旋窑内搅拌,使料相互混淆、打仗停止回响反映,物料依*窑筒体的斜度及窑的迁移转变正在窑内向前活动。窑内熄灭发生的余热废气,正在窑尾高温风机的感化下,经由过程预热器对进入窑尾前的生料停止预热均化,降温后的余热废气再经由过程高温风机抽出进入废气处置惩罚(除尘及排挤)。

均化好的生料预热后正在回转窑内煅烧成熟料,回转窑内需求适宜的气压及温度,才气使煤粉有肯定的悬浮工夫停止充裕熄灭,生料才气正在窑内到达很好的热处理。窑内果物料的聚积转变很大,以是瞬时气压转变频仍。窑尾高温风机一方面用来调解窑内气压,另一方面回转窑内锻烧后的高温熟料出来有废气,废气带灰,经由过程窑尾高温风机引出由电收尘器将尘土停止处置惩罚,再将废气排失落。

荆门某水泥厂现在有三条干法悬窑生产线,日产为2000t700t2500t,离别为1995年、1998年、1999年投产,到如今已运转610年,并具有一台12MW中、高温余热发电机组,因为发电本钱较下,余热发电现已停运。

日产2500t的窑生产线,高温风机机电设置为6kV1600kW,日产2000t的窑生产线,高温风机机电设置为6kV1400kW。正在高温风机的机电取风机之间,配有液力耦合器对风机停止调速,全部工艺历程重要是经由过程DCS的掌握去调治液力耦合器的速度从而调解风机的风量,到达掌握窑内背压。

因为装备运用年限较少,现在液力耦合器漏油严峻,运转中天天需加油23次,以增补漏油,油里调解的掌握回路失灵不克不及主动调治,正在运转中*手动调治置于流动转速比。正在运转是时仍*风机挡板停止风量调治,当窑体系工况转变较大时,现场值班人员凭据中控制室的指令对液力耦合器的勺杆停止手动调治,运转操纵异常未便。

2005年,水泥厂预备关于2000t2500t的两条生产线停止提产,但因为高温风机中液力耦合器漏油严峻,着力遭到限定,不具有提产的前提,故提产一向未能实现。

200612月,我公司为该水泥厂2000t2500t两条生产线的高温风机及窑头号EP风机停止了变频调速革新,现在运转状况优越,2000t的生产线的产量现在达2300t2500t的生产线的产量现在达2900t,而高温风机变频调治的耗电量借稍少于原液力耦合器调治的耗电量。

2、高温风机变频革新计划

经由对本体系停止剖析,对本体系的风压掌握由本来的液力耦合器调治改为变频器调治,即勾销原液力耦合器,将机电取液力耦合器之间用一衔接轴庖代液力耦合器连通,而由变频器对机电自己停止调速,最初到达调解窑尾预热器(高温风机入口)的压力为工况要求值。

变频器装备接入用户侧高压开关和拟革新机电之间,如图7所示,变频器掌握接入原有的DCS体系,由DCS体系去完成一般操纵。

7  变频器衔接图

为了充裕包管体系的可*性,变频器同时加装工频旁路装配,可正在变频回路毛病时将机电切换至工频状况下运转,且切换体式格局为主动切换。变频器毛病时,机电主动切换到工频运转,这时候风机转速会降低,风压会发作很大转变,影响窑内物料的煅烧质量,故此时应实时正在DCS上对高温风机的风门停止实时调治,低落风机输出风量至工况要求值。变频器及其工频旁路开关由变频器整体配套供应。机电、高压断路保存了用户原有装备。

凭据水泥厂供应的负载参数及运转工况,我公司为2000t的窑尾高温风机设置SH-HVF系列高压变频器,其主要参数为:变频器型号SH-HVF-Y6K/1800,隔离变压器容量1800KVA,旁路开关柜容量400A。为2500t的窑尾高温风机设置SH-HVF系列高压变频器,其主要参数为:变频器型号SH-HVF-Y6K/2000,隔离变压器容量2000KVA,旁路开关柜容量400A

3、革新历程简述

因为本机电掌握为液力耦合器调速,为了安装变频器,必需从新设想变频器公用房。凭据现场情况,我们挑选正在高压配电室旁另建一变频器公用房,此地方距高压室较近,动力电缆敷设轻易。

因为现场尘土较大,而变频器为自愿风冷,装备内氛围流通量较大,为保障变频器只管少受外界尘土的影响,正在房间透风设想上,设想了大面积公用进风窗,房间不另设别的窗口,基本上是密闭设想。透风窗接纳公用过滤棉滤网,如许使进入变频器室内的氛围经由透风窗滤灰,进入变频器室内的尘土大大减小。

因为本变频器功率较大,为包管充足的透风冷却结果,正在变压器柜顶和功率柜顶离别自力安装了一整体风罩,取各自的出风口连成整体,包管变频器整体冷却透风要求。

为减小安装本钱,动力电缆保存了本高压柜至机电的电缆,将电缆本接线由高压柜牵至变频器,再从新由高压柜到变频器敷设一根动力电缆,因为变频器房紧邻高压室,此电缆长度较短。

变频革新后,因为需求勾销原液力耦合器,我们根据液力耦合器的连接尺寸设想建造了一套间接衔接轴去替代液耦。衔接轴的基座安装尺寸、轴衔接中央尺寸、轴径尺寸、轴取机电及风机侧的衔接*背轮均取原液耦同等,安装时,仅需将原液耦撤除,将衔接轴替代液力耦合器,现场仅做少许调解便可到达安装要求,而不消对风机及机电做任何调解,安装方便快捷。

五、高压变频器庖代液力耦合器节能剖析

1、液耦调速取变频调速的耗电剖析

水泥厂本高温风机带有液力耦合器调速,现将液耦调速革新为变频器调速。图8为液力耦合器停止风机调解时的典范耗能曲线,1为液耦取变频调速的耗电特性对照。现凭据曲线及对照表对液力耦合器改为变频器调速的耗能状况停止对照剖析。

η: 液力偶合器的效力
Ns
:液力偶合器的丧失功率
I
: 液力偶合器的输出取输入转速之比
Nd
:机电功率

Nf:负载功率

8  液力偶合器的功率丧失图

1  液耦取变频调速的耗电特性

风量 %

轴功率

液力偶合器

变频调速

变频比液耦节电率

机电输入

总丧失

机电输入

总丧失

100

100

108

8

108

8

0

90

72.9

86

13.1

79

6

8.3

80

51.2

68

16.8

55

3.8

19.1

70

34.3

52

17.7

38

3.7

26.9

60

21.6

39

17.4

25

3.4

35.9

50

12.5

29

16.5

15

2.5

48.3

40

6.4

21

14.6

9

2.6

57.1

30

2.7

15

12.3

5

2.3

66.7

变频运转时高温风机风量按85%盘算,从表中查得对应的变频比液耦节电率为:

19.1×(100-85.7/100-80=13.6 %

节电功率为:13.6%×1550=210kW

2、变频革新现实节能状况

水泥厂高温风要变频革新前后,我们对响应的运转数据停止了统计,现将局部数据剖析整顿以下。

2  2500t窑高温风机革新前后对照表

项目

革新前

革新后

窑喂料量(t/h

170

195

窑日产量(t

2500

2900

起动调治体式格局

液耦

变频

6kV侧电流(A

180

150

机电电流(A

180

186

功率身分

0.83

0.96

均匀耗电功率(kW

1550

1500

起动电流(A

500

50

运转速比/频次

89%

45Hz

3  2000t窑高温风机革新前后对照表

革新前

革新后

窑喂料量(t/h

135

155

窑日产量(t

2000

2300

起动调治体式格局

液耦

变频

6kV侧电流(A

150

120

机电电流(A

150

142

功率身分

0.81

0.96

均匀耗电功率(kW

1260

1200

起动电流(A

600

45

运转速比/频次

89%

46Hz

上述数据为革新后窑体系产量增添的条件下风机耗电对照,因为如今产量进步,革新后比革新前风机耗电量下落不多,从上两表中可计算出各风机响应的节电功率。

2500t窑高温风机节电功率:      1550150050kW

2500t窑窑尾EP风机节电功率:   15410054kW

2000t窑高温风机节电功率:      1260120060kW

2000t窑窑尾EP风机节电功率:   1387068kW

凭据我们正在装备调试和开窑历程中纪录的数据,2500t窑正在额定2500t的产量下,高温风机6kV侧电流为约136A,耗电功率约为1360kW,比革新前同产量耗电功率下落约190kW2000t窑正在额定2000t的产量下,高温风机6kV侧电流为约106A,耗电功率约为1060kW,比革新前同产量耗电功率下落约200kW。由此可推算出两台高温风机正在额定产量下的节电量。

2500t窑高温风机节电功率:15501360190kW

2000t窑高温风机节电功率:1260100200kW

此为预算节电值。变频革新的另外一大收益为进步了窑体系的产量达15%倍,由此而发生的减产效益黑白常大的。

 六、高压变频器正在水泥厂运用中应注重的题目

水泥厂果生产线粉尘较大,调速机器大多安装正在室外或库下,情况较别的行业比拟较为卑劣,操纵职员一样平常集中正在中控室。而高压变频器作为较周详的仪器设备,对情况要求较下,而消费现场经常无人且情况较差,对变频装备运转异常晦气。故正在水泥生产线上,高压变频器应安装正在配电室内,或专门制作衡宇。

因为高压变频器一样平常接纳自愿风冷,经由过程变频器的氛围所带的尘土较多,因而,变频器正在水泥厂运用时,必需增强防尘设想和保护,有条件的场所,可设置变频器公用室,接纳空调冷却。

变频器顶部装有散热通风孔及风机,尘土和金属物易于由此进入装配内部,应接纳防护步伐,防备内部短路,推荐运用整体风罩计划。

变频器掌握线必需接纳屏障电缆,而且正在布线范围内必需取动力线相距肯定间隔,订交时必需转90°角,万万不要将掌握线取动力线放正在统一电缆托架(或线框)内,以制止变频器掌握旌旗灯号遭到滋扰。变频器负载输出线也要接纳屏障步伐,选用铠装电缆,以制止变频器对四周仪表发生滋扰。

正在变频器接线时要稀奇注重电源的输入线和输出线绝不能接错,将电源输入线接上变频器输出位置,会马上破坏装备。

一般变频器衔接到机电的电缆长度要求不要凌驾150m,运用屏障电缆不能超过150m,那便必需思索变频器到受控机电之间的间隔题目,正在水泥厂中一样平常会遇到凌驾划定间隔的状况,因而正在变频器的房屋设计上需凭据现场前提合理安排。

变频器的掌握一样平常需接入到DCS体系,而中控室到风机间有肯定的间隔,因而,变频器接入DCS体系时,一样平常经由过程现地工作站停止转接,正在掌握电缆接入时需注重抗干扰处置惩罚。

七、变频革新总结

凭据我公司对水泥厂高温风机的高压变频器的安装及运用状况,总结变频器革新有以下长处。

(1)安装简朴,行将本高压开关柜取电动机之间插入安装变频器,对原有接线窜改不大。

(2)操纵使用方便,变频器操纵只要简朴的开机、停机和频次调解。

(3)能停止无级调速,调速局限广,且调速精度下,适用性强。

(4)珍爱功用完美,故障率低,排风机启动安稳,启动电流小,可*性下。

(5)电动机不需临时高速运转,事情电流大幅度下落,节电效果显著。

(6)因为变频器庖代了液耦调速,消弭了机器及液压下故障率的缺点,装备维护费用低落。

(7)电动机运转振动及噪声显着下落,轴承温度也有很大的下落。

交换变频调速器,以适用性强、可*性下、操纵使用方便等机能,遭到用户的接待。它运用正在调速、节电、硬启动方面,对企业有很大的适用代价。我公司高压变频器正在该水泥厂对两条生产线的四台机电停止了胜利的革新,不只节能结果显着,进步了全部体系的工艺机能,同时也使两条生产线大大进步了产量,获得用户的好评,并正在本地水泥行业中发生了很大的影响。

八、结语

现在,水泥行业的合作异常猛烈,但要害照样制造本钱的合作,而电动机电耗便占本钱远30%,而拖动风机用的高压电效果正在机电中占据很大的比重,因而做好电动机的降耗增效事情便显得极其主要。高压变频调速手艺现在曾经对照成熟,是水泥厂节能革新的幻想装备,具有很下的推行代价。

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