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高压变频器在主抽风机同步电机上的应用

发布时间:2020-04-18 作者:新风光

1引言

主抽风机是烧结厂最重要的设备之一,其作用是利用风机抽风产生的负压将烧嘴喷出的火焰引至烧结料中,使其充分燃烧,生成合格的烧结矿。因此其运行中的各项参数,对烧结矿的质量有很大的影响,同时,该风机电机又是耗能大户,其电耗高达整个烧结生产线的三分之二。因此,实现对主抽风机各项参数,特别是风量、风压的合理的控制,是烧结厂提高生产效率、降低消耗的重要手段之一。目前济南庚辰钢铁有限公司主抽风机配备为同步电机,电机工频启动采用串液水阻柜启动方式,采用控制风门开度的方式,来实现主抽风机风量的调节,这种控制方式运行效率低下。

(1)无法实现风机的实时调整,满足不了生产过程中需要根据烧结工艺参数进行随时调节风量的要求。

(2)电机始终处于额定转速运行,运行效率低。

(3)水阻启动柜无法实现真正意义上的软启动功能,且由于水电阻温度的限制,连续启动次数不允许超过3次。

鉴于以上问题,现在高压大功率变频器技术越来越成熟,钢铁厂领导决定采用高压变频器来调节风机电机的运行转速,以提高风机的运行效率。

厂领导经过多方调研、比较,决定采用大香蕉网站,大香蕉,伊人情人综合网,琪琪色原网站影院生产的同步电机高压变频器JD-BP37-5600F(5600kW/6kV),对其烧结系统主抽风机进行变频节能控制。

2  设备参数

该厂烧结系统主抽风机电机额定电压6kV,额定功率4200kW,具体参数如表1所示。

表1  主抽风机参数

设备

分类

参数

电机参数

厂家

上海电机厂

型号

T4200-4

额定电压

6000V

额定电流

465A

额定功率

4200 kW

功率因数

0.9

接法

Y

额定转速

1500r/min

励磁电压

46V

根据现场设备参数及工艺为客户选配的高压变频器JD-BP37-5600F技术参数如表2所示。

表2 风光高压变频器基本参数

序号

名  称

参数

1

型式及型号

高-高方式JD-BP37-5600F

2

技术方案

多电平串联、电压源型、高高方式

3

系统输入电压(kV)

6

4

系统输出电压(kV)

0~6kV

5

系统输出电流(A)

673

6

额定输入频率/允许变化范围

45-55Hz

7

对电网电压波动的敏感性

+10%~-10%满载输出;降低35%以内降额连续运行;输入电压波动到额定电压65%以下或突然停电在3秒内恢复可立即再启动

8

变频电源效率

>96%(额定输出时,含变压器)

9

输入输出电流谐波

<3%

10

输入侧功率因数

>0.98(20%负载以上)

11

控制方式

多级正弦PWM控制

12

整流形式

二极管全桥整流

13

逆变形式

IGBT单相逆变

14

过载能力

120%1min,150%3s

15

模拟量信号(输入)规格及数量

工业标准信号:4~20mA   3路

16

模拟量信号(输出)规格及数量

工业标准信号:4~20mA   4路

17

防护等级

IP31

18

操作键盘

人机界面

19

界面语言

简体中文

 3主回路改造方案

根据现场负载情况,配置由新风光公司生产的高压变频器JD-BP37-5600F,主回路采用一拖一手动旁路方案。改造后,保留原液阻软启动装置及原高压柜,改造后的主回路如图1所示。

 1587191055(1).jpg

图1  主回路方案

变频运行方式:QF为用户侧高压开关柜,其中变频器旁路柜QS1、QS2、QS3为隔离开关, QS1、QS2与QS3之间有电气互锁。手动旁路柜变频励磁柜与变频器配套提供,电机及用户侧高压断路器QF保留甲方原有设备。

变频运行时,QS3断开,变频励磁系统可以利用新风光同步励磁控制系统,QS1与QS2闭合,将励磁刀闸切换到变频励磁系统。变频器上电时,断路器QF闭合,新风光高压变频器启动时,以电励磁同步机矢量控制方式拖动同步电机启动。

变频停机时,从现场向变频器下达“停机”命令,变频器驱动同步电机减速至完全停机,然后停止输出电压电流。最后在现场分断断路器QF,由其辅助触点通知励磁装置灭磁,灭磁完成后关闭励磁装置电源。遇到故障时,变频器在停止电压电流输出的同时,立即分断上级断路器QF,由变频器主控通知励磁装置灭磁,然后投到工频运行。

工频运行时,QS1、QS2断开,将励磁刀闸切换到工频励磁系统;QS3闭合,水阻软起装置投入工频回路,同步电机的启动、运行、停机过程按照原有逻辑进行。

4 高压变频器在同步机上的技术保证

风光高压变频器除了具有一般的高压变频功能外,还具有矢量控制技术、星点漂移技术、同步投切技术等,为保证高压变频器控制同步电机提供了有力保障。

(1)星点漂移技术:变频器某相有单元故障后,为了使线电压平衡,传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压,而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角,在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出,提高了变频器的可靠性。

(2)同步投切技术:在变频器输出能力足够的情况下,利用电压跟踪和锁相技术,将变频器输出电压参考电网电压进行幅值、频率、相位的同期后,由变频器和工频电网同时向负载并网供电,并根据工况投切过程的需要,完成负载在变频器和工频电网间的转移,最终使负载独立工作在工频或变频运行状态,此技术为各种方案设计提供了支持。

不同于异步电机,同步电机的变频控制,还需要解决以下问题:启动整步问题,旋转启动中需要磁场位置识别,励磁的给定方式和调节问题以及故障保护下的紧急灭磁等,都需要高压变频器具有先进的技术进行解决。

5 高压变频器同步电机的调试

5.1变频器与励磁柜的连线

高压变频调速系统与励磁柜连接关系如图2所示。

 1587191211(1).jpg

 图2 变频器与励磁柜连线

变频器系统输出给励磁柜信号:

(1)励磁电流调节给定(4-20mA模拟量信号):变频器给定到励磁柜,通过4-20mA电流控制励磁柜输出励磁电流的大小。(注:有的励磁柜通过接收增、减励磁常开触点信号来控制励磁电流大小,通常是4-20mA模拟量)

(2)变频器启动信号(常开触点):变频器给到励磁柜启动信号,励磁柜开始投励磁。

(3)变频器故障信号(常开触点):变频器在运行过程中出现故障时,将故障信号给定到励磁柜,励磁系统进行停机灭磁。

(4)工频运行信号(常开触点):变频器给到励磁柜工频运行信号指示。工频运行信号有效时,励磁柜按照工频运行的逻辑执行;工频运行信号无效时,即处于变频运行状态,励磁柜执行变频运行逻辑。

励磁柜输出给变频器系统信号:

(1)实测励磁电流(4-20mA模拟量信号):励磁柜向变频器传输实际输出的励磁电流。

(2)励磁就绪信号(常开触点):励磁柜自检无故障,具备投励要求,此时励磁柜向变频器输出励磁就绪信号。

(3)励磁故障信号(常开触点):励磁柜本身出现故障,励磁柜将该信号传给变频器。

(4)励磁启动信号(常开触点):变频器给到励磁柜开机信号,励磁柜执行命令开机运行后,反馈给变频器励磁启动信号。

根据以上对信号的说明,测试常开点和常闭点的状态。

5.2 开关逻辑、模拟量、励磁电流等参数调试

(1)调试和励磁柜之间的信号逻辑调试:通控制电,模拟调试开关量信号,变频器报出励磁柜开机异常,此时为变频器停机,工频运行状态。与励磁柜厂家沟通,要求励磁柜厂家修改逻辑,无论变频或者工频运行状态下,励磁柜都要返回开机信号,修改逻辑后,调试正常。

(2)调试模拟量信号:4-20mA给定励磁柜励磁电流信号,励磁柜厂家不断调整,励磁电流很难对准,后放弃小电流对应,直接对应250A以上励磁电流,调整对应关系基本正常,偏差在10A以内。调试反馈励磁电流,电流信号同样从250A开始对应,基本线性对应。

(3)工变频逻辑调试:使用外部单独一块主控板发送电网电压数据,模拟调试工变频转换的逻辑,并观察励磁电流的变化,逻辑正常,励磁电流转工频时有个突然变大的趋势,通过与励磁柜厂家沟通,转工频设置的为投强励,可以修改励磁电流数值,可以设置为与变频器转工频时励磁电流数值相当的值。将大线进行核对后,上高压调试转换逻辑,转工频和转变频逻辑正常。

(4)带载调试:连接电机,设置变频器参数,变频器启动使用多段VF,转矩提升设为0.6, 5.0Hz为1.5,8.0Hz为1.3,12.0Hz为1.0,中间频率线性过渡。空电机启动,启动低频电流最大达到450A。启动电流比较大,但是可以正常启动。电流无剧烈震荡变化。

电机运行10分钟后,停机,厂家连接连轴器,带风机运行,变频器启动使用多段VF,转矩提升设为0.6, 5.0Hz为1.4,8.0Hz为1.3,12.0Hz为1.0,变频器开机运行正常。启动低频电流最大达到350A。启动正常,电流变化拐点在9Hz。

风机运转,现场开始投产,运行到45Hz,功率为3000kW左右。

(5)工变频切换

将工频旁路柜的小车摇进去,进行转换,变频器与电网在转换过程中存在共存情况,转过过程中的电流波形如图3所示(100A/1V)。电流峰值在200A,有效值为140A,电机额定电流为464A。电流不大,说明变频器输出角度与电网角度基本一致。

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 图3(a)                                                           图3(b)

连接电机线,试验空电机的情况,转工频时电流波形如图4所示。CH1为变频器输出电流,500A/5V,CH2为电机端电流,500A/500mV。转工频时变频器输出电流有效值约106A,与电网共存时电流变小。电机端电流稍微变大,与之前有1.1倍变化,又恢复正常。转换时,励磁柜投0.9倍的励磁电流,之后励磁电流恢复变频器给定励磁电流。

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图4(a)                                                        图4(b)

转变频试验,转变频时电流波形如图5所示。CH1为变频器输出电流,500A/5V,CH2为电机端电流,500A/500mV。转换时,励磁电流由工频运行控制励磁电流,保持励磁电流不变,转换完毕后,励磁电流由变频器控制励磁电流。励磁电流的初始值为工频控制时的最后时刻的励磁电流大小。转换时输出电流没有突变。

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     图5(a)                                                           图5(b)

现场连接连轴器,进行带风机的试验。试验风机转换时,风门全部关闭。转工频时电流波形如图6所示。CH1为变频器输出电流,500A/5V,CH2为电机端电流,500A/500mV。转工频时变频器输出电流有效值约220A,与电网共存时电流变小。电机端电流稍微变大,与之前有1.1倍变化,又恢复正常。

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       图6(a)                                                      图6(b)

转变频试验。CH1为变频器输出电流,500A/5V,CH2为电机端电流,500A/500mV。转换时,励磁电流由工频运行控制励磁电流,保持励磁电流不变,转换完毕后,励磁电流由变频器控制励磁电流。励磁电流的初始值为工频控制时的最后时刻的励磁电流大小。第一次转换,出现失败,多个单元出现单元过压,波形如图7所示。

 1587191911(1).jpg

图7(a)                                          图7(b)

根据电流分析,变频器输出电流与电机电流相反,正好给变频器充电导致变频器过压保护,变 频器输出角度滞后,将变频器输出角度补偿增加3度,转变频功能试验3次,均成功,电流波形如图8所示。电流没有突变。

1587192012(1).jpg 

    图8(a)                                                    图8(b)

转变频完毕后,电抗器从串入回路到从回路中切除的电流变化如图9所示。电流变化不大,工变频切换过程中,电机及现场工艺没有发现异常。

 1587192109.jpg

图9

试验至此,现场人员表示试验很成功。

6高压变频器节能情况

     主抽风机同步电机相对其他风机来说,有着更大的节能空间,该高压变频器于2016年5月19日投入生产,至今运行正常,改造达到了预期目的。

表3  4200kW/6kV同步电机改造前后参数对比表


运行参数

运行电流(A)

改造前

风门开度50%左右

320.7

改造后

风门开度100%

运行频率40Hz

240.5

 根据上表数据计算得知,4200kW烧结风机节电率达到25.0%。该套设备平均每年运行300天以上,每天以24小时计算,电费以0.41元/度计算,年节约费用高达:300*24*(3000.1-2249.3)*0.41=221.6万元。

7 结束语

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