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車間安裝負(fù)壓風(fēng)機(jī)高爐電動彭風(fēng)機(jī)電氣控制技術(shù)簡介熱電廠高壓變頻

1　引言我公司有6座高爐,配套有汽動、電動鼓風(fēng)機(jī)10臺。6#高爐(2200m3)配套的電動鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計和施工由武鋼設(shè)計院總承包,現(xiàn)將其設(shè)計的特點和設(shè)備情況介紹如下。

2　35kV和10kV工程 a·采用主變和主電機(jī)一對一單元接線方式,兩條35kV進(jìn)線電源來自220kV總降,通過母聯(lián)互為備用,在正常運行方式下總降 220kV600合環(huán)之前,未經(jīng)調(diào)度批準(zhǔn)35kV母聯(lián) 400不得和合環(huán)。主變高、低壓側(cè)均未設(shè)置斷路器,只在主變室內(nèi)35kV側(cè)安裝了隔離刀閘。35kV開關(guān)柜為福一開產(chǎn)品,主變?yōu)楹庾?40000kVA 35kV/10kV變壓器。(主接線圖見圖1)。

b·10kV進(jìn)線柜和PT柜合二為一,三個單相PT高壓引線采用銅母排直接連接,因此檢測母線和變壓器低壓側(cè)絕緣狀況時需解開PT 的連接線,開關(guān)柜采用Siemens開關(guān)柜,配備有2500A和1250A兩種3AH1型真空開關(guān)共六臺。開關(guān)遮斷能力分別為40kA和31·5kA。 c·主電機(jī)采用SIEMENS凸極式轉(zhuǎn)子高壓同步電機(jī),容量為32000kW。型號: IDZ2052—8AE02一Z,l并有與變頻軟啟動相配套的無刷勵磁裝置,設(shè)計為變頻軟啟動和在線直接啟動。采用變頻軟啟動時間為120s左右,由于直接啟動時電網(wǎng)必須提供足夠的短路容量及引起電網(wǎng)電壓降低等問題,投產(chǎn)以來一直未做該試驗。 d·SIEMENS斷路器控制電源中斷引起斷路器跳閘的處理辦法。 a)10kV開關(guān)設(shè)計了直流控制電源低電壓脫扣器。它是一種保護(hù)性附件,當(dāng)開關(guān)控制用的直流電源下降或中斷時,能自動切斷開關(guān)。欠電壓脫扣器是電磁一體化機(jī)構(gòu),它通過電磁線圈Y7失磁來實施,設(shè)計是針對直流電源發(fā)生故障,如果開關(guān)拒動,從而發(fā)生嚴(yán)重的設(shè)備事故而考慮的,其示意圖見圖1。 b)直流工程容易發(fā)生接地故障,設(shè)置直流電源低電壓跳閘保護(hù),不便于查處直流工程接地故障。而根據(jù)設(shè)計圖紙,緊急停機(jī)按鈕控制MMCP柜的K91及K92兩個組合接觸器。操作緊急停機(jī)按鈕K91、K92接點均打開, MMCP柜的K11、K12接觸器動作,同時啟動開關(guān)跳閘回路一和回路二。

所以取消開關(guān)低電壓脫扣功能并不影響緊急跳閘(見圖2)。鎖住直流低電壓跳閘功能,理論上是可行的。 a·MCC配備兩臺干式變壓器(SCB9— 800/10kV)和GCY型低壓開關(guān)柜,變壓器高壓側(cè)電源來自熱電廠水處理1 0kV開關(guān)站, 只在MCC室設(shè)置高壓隔離開關(guān),低壓側(cè)進(jìn)線開關(guān)采用RSA2—2000 800A的智能型開關(guān)。開關(guān)本身設(shè)置了低電壓跳閘、失壓脫扣及過流保護(hù)。低壓母線分段運行,母聯(lián)自投設(shè)計為進(jìn)線失壓跳閘自投,保護(hù)動作跳閘不自投, 因其串入了開關(guān)內(nèi)置接點,如果故障未消除而手動復(fù)位,母聯(lián)將自投到故障點。 b·MCC的一類負(fù)荷為UPS及動力、潤滑油泵,整套UPS包括下列內(nèi)容: a)一路400V/50HZ進(jìn)線,同時給UPS 整流器和旁路供電。 b)一個免維護(hù)的電池柜。 c)一個來自MCC的兩路400V/50HZ獨立進(jìn)線柜,即自投自復(fù)裝置。 c·UPS的作用就是確保主電機(jī)不失勵(勵磁電流低于20A主電機(jī)將跳閘)及向SIMA- DYN D、MMCP等供電,正常情況下運行在on- line模式下;當(dāng)出現(xiàn)過載、逆變器短路等事故情況時,UPS將自動轉(zhuǎn)換為By pass模式;另外值得注意的是在風(fēng)機(jī)正常運行時UPS負(fù)載率為75%左右,如果外部電源中斷及MCC故障,電池的備用時間(backup time)不長。

3　主電機(jī)勵磁工程(ECS) a·主電機(jī)采用的無刷勵磁工程由交流勵磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流器組成,交流勵磁機(jī)為旋轉(zhuǎn)電樞式,其三相輸出引出端嵌在軸上,與旋轉(zhuǎn)的整流器固定連接,經(jīng)整流后供給同步電動機(jī)勵磁繞組,這樣取消了滑環(huán)和碳刷,不受滑環(huán)及碳刷容量的限制。同步電動機(jī)作變頻啟動時,在O~Ne轉(zhuǎn)速范圍里運行,為了維持同步電動機(jī)恒定的勵磁磁通,要求勵磁機(jī)能提供一個相應(yīng)變化的勵磁電流,因此在電源工程與勵磁機(jī)定子間即在MMCP柜裝設(shè)一臺三相交流功率控制器,該裝置能提供與電源頻率相同的可調(diào)的三相交流電壓。用于無刷勵磁同步電機(jī)的可控硅三相交流功率控制器是由數(shù)字電流閉環(huán)控制工程控制的,在啟動過程中勵磁電流的設(shè)定值是由變頻的閉環(huán)控制工程設(shè)定的。

b·勵磁機(jī)為繞線式異步發(fā)電機(jī),為提高勵磁可靠性,轉(zhuǎn)子采用雙層星型繞組,定子額定輸入為AC180V/50HZ/101A。轉(zhuǎn)子輸出經(jīng)整流器至主電機(jī)轉(zhuǎn)子,為DC68V/1213A(1 #機(jī)), 1182A(2#機(jī))。勵磁電流整流器的二極管若發(fā)生故障,端電壓比率將低于正常運行狀態(tài)。當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定達(dá)到極限值時,“二極管故障”信號將在勵磁屏的OP17界面上顯示并報警。 c·同步電動機(jī)在啟動及運行過程中需要不同的勵磁電流設(shè)定值及勵磁控制方式, 不同的勵磁設(shè)定值的投入及控制方式的切換由PLC完成。當(dāng)電機(jī)并入主電網(wǎng)時,可以根據(jù)具體情況,選擇恒功率或恒電壓控制,通過 MMCP柜由鑰匙操作的選擇開關(guān)來選擇,一般選擇恒功率因數(shù)控制。功率因數(shù)控制是比勵磁電流閉環(huán)控制要高一級的控制器,當(dāng)電機(jī)接到供電工程上時,依據(jù)負(fù)載情況,功率因數(shù)始終保持在允許的極限范圍內(nèi)的一個固定值上。為確定功率因數(shù),無功功率和有功功率一直被監(jiān)控。如果無功功率持續(xù)超過極值達(dá)到設(shè)定的時間周期,或在一個設(shè)定的時間周期內(nèi)兩次超過極值,失步保護(hù)將動作。

4　變頻啟動裝置SFC a·變頻器作為啟動設(shè)備時,為了減少啟動電流,使機(jī)組啟動過程平穩(wěn),必須控制啟動電流,即在一定的電流限幅下運行,由于作為啟動用變頻器的最大功率只略大于機(jī)組額定速度時的空載功率,而不需要達(dá)到電機(jī)的額定功率,這樣機(jī)組的啟動電流將大大小于電機(jī)的額定電流,約為1/4In,對電網(wǎng)無沖擊,變頻啟動時間約2分鐘,而且對機(jī)械設(shè)備沖擊也很小。



1前言
福建春馳集團(tuán)是福建省大型水泥骨干企業(yè)，創(chuàng)建于1993年，公司擁有兩條年產(chǎn)75萬噸新型干法旋窯熟料水泥生產(chǎn)線和一條年產(chǎn)50萬噸旋窯水泥熟料生產(chǎn)線。水泥廠1#、2#除塵風(fēng)機(jī)采用異步電動機(jī)拖動，原來的電機(jī)運行方式為全速運行，風(fēng)量調(diào)節(jié)采用擋板控制開度，擋板調(diào)節(jié)存在的如下問題：
（1）大量的能量損耗在擋板的截流過程中。
（2）空氣對擋板閥門和管道沖擊較大，設(shè)備損壞嚴(yán)重。
（3）擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動執(zhí)行器，不能適應(yīng)長期頻繁調(diào)節(jié)。
（4）擋板調(diào)節(jié)線性度差，調(diào)節(jié)比較困難，且操作不當(dāng)會造成風(fēng)機(jī)震動。
采用變頻調(diào)速后，風(fēng)門全部打開，降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機(jī)處于高效運行狀態(tài)，節(jié)能效果最佳。變頻器還具有以下優(yōu)點：
（1）實現(xiàn)軟啟動，對電網(wǎng)和機(jī)械負(fù)載的沖擊大大減小，延長了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的壽命。
（2）降低了軸承和密封的損壞，減少了維護(hù)工作量。
（3）采用變頻調(diào)速，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方便，利用調(diào)節(jié)器4～20mA電流信號，變頻器可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，線性度較好，風(fēng)量調(diào)節(jié)平穩(wěn)。
水泥廠領(lǐng)導(dǎo)決心對除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造，考慮到國產(chǎn)高壓變頻器設(shè)備水平已接近國際水平，能滿足運行要求，公司公開招標(biāo)，進(jìn)行性價比比較，結(jié)果山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-280F型高壓變頻調(diào)速器勝出。
2現(xiàn)場除塵風(fēng)機(jī)及電機(jī)參數(shù)
現(xiàn)場1#、2#除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)相同，下面表1給出1#除塵風(fēng)機(jī)基本參數(shù)。
表1為現(xiàn)場電機(jī)參數(shù)，表2為風(fēng)機(jī)參數(shù)。
表1 電機(jī)參數(shù)

負(fù)載名稱
1#除塵風(fēng)機(jī)
所帶負(fù)載類型
離心風(fēng)機(jī)

型號
YKK450-10
額定電壓（V）
6000

額定電流(A)
35.6
額定功率(kW)
280

額定頻率（Hz）
50
功率因數(shù)
0.81

額定轉(zhuǎn)速(rpm)
593
絕緣等級
F

生產(chǎn)廠商
蘭州電機(jī)有限責(zé)任公司



表2 風(fēng)機(jī)參數(shù)

型號
XY46-SY2500D
額定風(fēng)壓（Pa）
1800

額定風(fēng)量（m3/h）
330000
額定轉(zhuǎn)速(rpm)
590

額定功率(kW)
280
氣體溫度（℃）
230

生產(chǎn)廠商
浙江義烏星耀風(fēng)機(jī)有限公司

3山東新風(fēng)光電子JD-BP37系列高壓變頻器突出特點
風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEE519-1992的諧波國家標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。產(chǎn)品2003年被列為國家重點新產(chǎn)品，高壓提升機(jī)變頻調(diào)速工程2005年被列為國家火炬計劃項目，獲科技部中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項目資助。2007年，高壓變頻器被評為中國名牌產(chǎn)品，是國內(nèi)高壓變頻器行業(yè)為數(shù)不多的兩個名牌產(chǎn)品之一。具體來說，風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點：
(1)采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準(zhǔn)。
(2)飛車啟動功能。能夠識別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。
(3)完整的工頻/變頻自動互切技術(shù)�，F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速工程一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉(zhuǎn)換至工頻運行。公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運行狀態(tài)，還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運行的功能，整個轉(zhuǎn)換過程不會對用戶設(shè)備的運行造成任何影響。
(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動功能。運行過程中高壓瞬時掉電3s內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機(jī)，高壓恢復(fù)后變頻自動運行到掉電前的頻率。
(5)線電壓自動均衡技術(shù)（星點漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。
(6)單元直流電壓檢測：實時顯示檢測工程的直流電壓，從而實現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升工程控制性能，并可使保證運行維護(hù)人員實現(xiàn)對功率單元運行狀況的全面把握。
(7)單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)，可以將其使用壽命提高1倍。
(8) 通過控制器可實現(xiàn)對各單元直流濾波電容壽命的檢測，實現(xiàn)在年檢中對單元電解電容器進(jìn)行檢測，根據(jù)出廠時電解電容器的特性的比較與趨勢，可得出對電解電容器壽命的猜測，提前預(yù)知電解電容器是否可繼續(xù)運行，避免由于電容器運行出現(xiàn)非預(yù)期的工程故障，并實現(xiàn)運行維護(hù)人員對功率單元設(shè)備狀況的及時把握。
(9) 排熱結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結(jié)構(gòu)，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過壓范圍(≥1.15Ue)，設(shè)備可靠性更高。
(10) 具有雙路控制電源，一路為經(jīng)干式變壓器變壓后的電源，一路為外部控制電源，這樣在調(diào)試過程中，無需加入高壓主電源，就可以檢測輸出波形的正常與否。對于在現(xiàn)場安裝調(diào)試以及人員培訓(xùn)很方便，大大提高了安全性。

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