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解決方案

高壓變頻器在靈寶黃金冶煉廠(chǎng)鼓風(fēng)機上的應用

發(fā)布時(shí)間:2014-04-12 作者:新風(fēng)光

1引言

  靈寶黃金股份有限公司為一家香港主板上市公司(股票代碼:3330)。公司成立于2002年9月27日,位于中國第二大產(chǎn)金省河南省的“金城”——靈寶市。公司主要從事黃金(及其伴生元素) 開(kāi)采、選冶、精煉、深加工與銷(xiāo)售,主要產(chǎn)品為金錠,副產(chǎn)品為銀、硫酸、電解銅及電解銅箔。公司現有3個(gè)分公司、19個(gè)子公司。下屬靈寶黃金冶煉三分廠(chǎng)硫酸生產(chǎn)設備老化,該公司于2009年6月對該硫酸生產(chǎn)設備進(jìn)行了改造,其中二氧化硫鼓風(fēng)機(6KV440KW)改變了原來(lái)的閥門(mén)調節方式,采用先進(jìn)的高壓變頻器調速系統,經(jīng)過(guò)市場(chǎng)和行業(yè)內調研,選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-450F系列高壓變頻器。

2項目改造

  改造中在排風(fēng)機管道出口安裝壓力變送器以檢測氣體壓力變化,并將輸出信號傳輸給高壓變頻器,高壓變頻器根據壓力的變化來(lái)控制電機轉速,從而自動(dòng)調節風(fēng)機流量。當高壓變頻器調節系統發(fā)生故障時(shí),在高壓變頻器上可以選擇人為或者自動(dòng)旁路到工頻運行。主回路改造圖如下:

圖1  JD-BP37-450F電氣改造一次主回路示意圖

電動(dòng)機參數(沈陽(yáng)電機股份有限公司)

風(fēng)機參數(湖北風(fēng)機廠(chǎng))

3高壓變頻器原理

3.1系統結構

  JD-BP37系列高壓變頻調速系統的結構見(jiàn)圖2,由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV系列有5個(gè)功率單元,每15個(gè)功率單元串聯(lián)構成一相。

圖2 高壓變頻器系統結構圖

3.2功率單元電路

圖3 功率單元主電路圖

   每個(gè)功率單元結構上完全一致,可以互換,其主電路結構如圖所示,為基本的交-直-交雙向逆變電路,圖中通過(guò)逆變塊IGBT反并聯(lián)的二極管構成三相全橋方式整流,整流后的給濾波電容充電,確定母線(xiàn)電壓, 通過(guò)對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制實(shí)現雙向逆變。
   功率單元輸出波形:

圖4 單個(gè)功率單元輸出波形

3.3輸入側結構

  輸入側由移相變壓器給每個(gè)單元供電,每個(gè)功率單元都承受電機電流、1/5的相電壓、1/15的輸出功率。15個(gè)單元在變壓器上都有自己獨立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法,目的是實(shí)現多重化,降低輸入電流的諧波成分。

  本機中移相變壓器的副邊繞組分為三組,構成36脈沖整流方式;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側的電流波形,使其負載下的網(wǎng)側功率因數接近1,輸入電流諧波成分低。實(shí)測輸入電流總諧波成分小于4%。

3.4輸出側結構

圖5  5個(gè)單元輸出波形疊加圖

  輸出側由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電,通過(guò)對每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組,可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好,dv/dt小,可減少對電纜和電機的絕緣損壞,無(wú)須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(cháng)度很長(cháng),電機不需要降額使用,可直接用于舊設備的改造;同時(shí),電機的諧波損耗大大減少,消除了由此引起的機械振動(dòng),減小了軸承和葉片的機械應力。圖5為變頻器輸出的線(xiàn)電壓階梯PWM波形。

3.5控制器

  控制器核心由高速32位數字信號處理器(DSP)運算來(lái)實(shí)現,精心設計的算法可以保證電機達到較優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文WINDOWS監控和操作界面,同時(shí)可以實(shí)現遠程監控和網(wǎng)絡(luò )化控制。內置PLC控制器用于柜體內開(kāi)關(guān)信號的邏輯處理,以及與現場(chǎng)各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調,可以和用戶(hù)現場(chǎng)靈活接口,滿(mǎn)足用戶(hù)的特殊需要,增強了系統的靈活性。

  數字信號處理器(DSP)相對于模擬信號處理有很大的優(yōu)越性,表現在精度高、靈活性大、可靠性好、易于集成、易于存儲等方面。傳統的模擬信號處理技術(shù)正由全新的數字信號處理技術(shù)(DSP)所代替。DSP是面向高速重復性數值運算密集型的實(shí)時(shí)處理。高性能DSP不僅處理速度快,而且可以無(wú)間斷的完成數據的實(shí)時(shí)輸入與輸出。DSP結構相對單一,普遍采用匯編編程,其處理完成時(shí)間的可預測性要比結構和指令復雜、依賴(lài)于編譯系統的普通微處理器強的多。它可以單周期完成這些乘加并行操作,而普通微處理器需要至少4個(gè)指令周期,因此在相同的指令周期和片內指令緩沖條件下,是普通微處理器運算速度的4倍以上。

  另外,控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù),低壓部分和高壓部分完全可靠隔離,系統具有極高的安全性,同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能,并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨立于高壓系統的統一控制器,方便調試、維修、現場(chǎng)培訓,增強了系統的可靠性。

3.6 控制電源

  控制器有一套獨立于高壓電源的供電體系,在不加高壓的情況下,設備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似,給整機可靠性、調試、培訓帶來(lái)了很大方便。

  系統采用三次諧波補償技術(shù)提高了電源電壓利用率,利用了調制信號預畸變技術(shù),使電壓利用率近似于1。系統還采用了先進(jìn)的載波移相技術(shù),它的特點(diǎn)是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小。

4運行情況

  我們調試服務(wù)人員于2009年7月17號到達現場(chǎng),經(jīng)過(guò)三天的安裝與調試后,設備一次成功投入運行,根據管道壓力變化,高壓變頻器穩定運行于29Hz—46Hz,運行輸入電流10A—32A,運行輸出電流17A—36A,變頻平均運行電流24A。

5節能計算

  按工頻和變頻運行實(shí)際電流計算,計算數據取2009年8月份技術(shù)測定

  工頻運行時(shí),風(fēng)門(mén)開(kāi)度為2m左右,運行電流在36A。

  工頻運行時(shí)功率和耗電:

  P1= 1.732×6×36×0.87=325.47kW   

  N=325.47×24=7811.28kW?h

  變頻器運行時(shí),風(fēng)門(mén)全開(kāi),平均運行電流在24A,由變頻器調節風(fēng)機速度來(lái)滿(mǎn)足風(fēng)量要求。

  變頻運行時(shí)功率和耗電:

  P2= 1.732×6×24×0.958=238.93kW   

  N=238.93×24=5734.32kW?h

  節電率:

  (7811.28-5734.32)/7811.28=26%

  節約電費計算:

  以電價(jià)0.6元/度為標準,工頻24小時(shí)耗電費: 

  7811.28×0.6=4686.77元

  變頻24小時(shí)耗電量

  5734.32×0.6=3440.59元

  變頻改造后,日節約電費:

  4686.77-3440.59=1246.18元

  一年以300天為標準計算,年節約電費:

  1246.18×300=373854元。

6改造總結

  根據針對該項目的變頻改造經(jīng)驗以及同類(lèi)其他項目的實(shí)踐結果,總結出風(fēng)光高壓變頻器改造具有以下優(yōu)點(diǎn):

  (1)安裝簡(jiǎn)單。變頻器安裝在高壓開(kāi)關(guān)柜和電機之間,對原有接線(xiàn)改動(dòng)不大。

  (2)操作簡(jiǎn)單。直觀(guān)的中文人機界面,設備具有開(kāi)機、停機和頻率調整等操作。

  (3)調速平滑。能夠進(jìn)行無(wú)級調速,調速范圍寬,并且調速精度高。

  (4)節電明顯。根據工況要求,變頻器一般運行在30Hz左右,實(shí)際輸入電流不到額定電流的一半,節電率高達26%以上。

  (5)噪音降低。由于電機運行于較低轉速上,運行噪音大大降低,電機的發(fā)熱量也有明顯下降。

  (6)保護完善。變頻調速系統具有完善的保護功能,降低了電機運行中的故障率,并且啟動(dòng)平穩,啟動(dòng)電流小,對電網(wǎng)的沖擊量小,大大提高了可靠性。

  (7)輸出諧波小。變頻器輸出符合IEEE STD 519 1992及中國供電部門(mén)對電壓失真要求,高于國標GB/T14549-93對諧波失真的要求,不需要采用輸出電抗器。

  (8)具有星點(diǎn)漂移功能。三相輸出采用單元串聯(lián)結構,在運行中,如果有任意三個(gè)單元以?xún)瘸霈F故障,變頻器本身會(huì )自動(dòng)旁路該單元,同時(shí)變頻器主控系統具有星點(diǎn)漂移功能,使三相輸出線(xiàn)電壓保持平衡,不會(huì )對電動(dòng)機造成不利影響。星點(diǎn)漂移功能實(shí)現了高壓變頻器在一個(gè)或多個(gè)單元發(fā)生故障后,使其輸出有效電壓保持較大的幅值,使得高壓變頻器的可靠性上了一個(gè)臺階,較大限度地保證了變頻器連續安全運行。

7結束語(yǔ)

  采用高壓變頻器后電機可實(shí)現軟啟動(dòng),電機啟動(dòng)電流大大減小,其數值僅相當于額定電流,從根本上杜絕了啟動(dòng)中電機燒毀事故,電機軟啟動(dòng)將啟動(dòng)過(guò)程的機械沖擊減小到較小,從而延長(cháng)了傳動(dòng)裝置及風(fēng)機的使用壽命。同時(shí),較小的啟動(dòng)電流對電網(wǎng)也不會(huì )產(chǎn)生大的沖擊,免除了高壓電器開(kāi)關(guān)被大電流擊穿的危險。采用高壓變頻器可實(shí)現DCS控制,大大提高了控制精確性和生產(chǎn)安全性。我國冶煉煙氣制酸SO2風(fēng)機使用高壓變頻器,不僅可以解決困擾企業(yè)的風(fēng)機運行問(wèn)題,而且可節約大量電費。綜合技術(shù)經(jīng)濟情況分析,靈寶黃金冶煉三分廠(chǎng)二氧化硫鼓風(fēng)機采用高壓變頻器調速是完全可行的。

  從現場(chǎng)運行情況來(lái)看,山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-450F高壓變頻器性能優(yōu)越,運行可靠,有效地降低了生產(chǎn)成本,在生產(chǎn)材料成本日益增長(cháng)的今天,通過(guò)有效的節能改造,具有明顯的經(jīng)濟效益。

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