產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
少用電 用好電 再生電 存儲(chǔ)電 防爆電
解決方案
高壓變頻器在靈寶黃金冶煉廠鼓風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
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(guó)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) 開采、選冶、精煉、深加工與銷售，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(xiàn)有3個(gè)分公司、19個(gè)子公司。下屬靈寶黃金冶煉三分廠硫酸生產(chǎn)設(shè)備老化，該公司于2009年6月對(duì)該硫酸生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了改造，其中二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)（6KV440KW）改變了原來(lái)的閥門調(diào)節(jié)方式，采用先進(jìn)的高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)和行業(yè)內(nèi)調(diào)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(xiàng)目改造
改造中在排風(fēng)機(jī)管道出口安裝壓力變送器以檢測(cè)氣體壓力變化，并將輸出信號(hào)傳輸給高壓變頻器，高壓變頻器根據(jù)壓力的變化來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量。當(dāng)高壓變頻器調(diào)節(jié)系統(tǒng)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(yùn)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(jī)參數(shù)（沈陽(yáng)電機(jī)股份有限公司）
風(fēng)機(jī)參數(shù)（湖北風(fēng)機(jī)廠）
3高壓變頻器原理
3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
JD-BP37系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖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(gòu)成一相。
圖2 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其主電路結(jié)構(gòu)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(gòu)成三相全橋方式整流，整流后的給濾波電容充電，確定母線電壓， 通過(guò)對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制實(shí)現(xiàn)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(cè)結(jié)構(gòu)
輸入側(cè)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(jī)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(dú)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(xiàn)多重化，降低輸入電流的諧波成分。
本機(jī)中移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成36脈沖整流方式；這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，輸入電流諧波成分低。實(shí)測(cè)輸入電流總諧波成分小于4%。
3.4輸出側(cè)結(jié)構(gòu)
圖5 5個(gè)單元輸出波形疊加圖
輸出側(cè)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(jī)供電，通過(guò)對(duì)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(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。圖5為變頻器輸出的線電壓階梯PWM波形。
3.5控制器
控制器核心由高速32位數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到較優(yōu)的運(yùn)行性能。人機(jī)界面提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，可以和用戶現(xiàn)場(chǎng)靈活接口，滿足用戶的特殊需要，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。
數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）相對(duì)于模擬信號(hào)處理有很大的優(yōu)越性，表現(xiàn)在精度高、靈活性大、可靠性好、易于集成、易于存儲(chǔ)等方面。傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理技術(shù)正由全新的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（DSP）所代替。DSP是面向高速重復(fù)性數(shù)值運(yùn)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(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)輸入與輸出。DSP結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，普遍采用匯編編程，其處理完成時(shí)間的可預(yù)測(cè)性要比結(jié)構(gòu)和指令復(fù)雜、依賴于編譯系統(tǒng)的普通微處理器強(qiáng)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(nèi)指令緩沖條件下，是普通微處理器運(yùn)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(tǒng)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(dú)立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
3.6 控制電源
控制器有一套獨(dú)立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，給整機(jī)可靠性、調(diào)試、培訓(xùn)帶來(lái)了很大方便。
系統(tǒng)采用三次諧波補(bǔ)償技術(shù)提高了電源電壓利用率，利用了調(diào)制信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)，使電壓利用率近似于1。系統(tǒng)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(yùn)行情況
我們調(diào)試服務(wù)人員于2009年7月17號(hào)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)過(guò)三天的安裝與調(diào)試后，設(shè)備一次成功投入運(yùn)行，根據(jù)管道壓力變化，高壓變頻器穩(wěn)定運(yùn)行于29Hz—46Hz，運(yùn)行輸入電流10A—32A，運(yùn)行輸出電流17A—36A，變頻平均運(yùn)行電流24A。
5節(jié)能計(jì)算
按工頻和變頻運(yùn)行實(shí)際電流計(jì)算，計(jì)算數(shù)據(jù)取2009年8月份技術(shù)測(cè)定
工頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)門開度為2m左右，運(yùn)行電流在36A。
工頻運(yùn)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(yùn)行時(shí)，風(fēng)門全開，平均運(yùn)行電流在24A，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度來(lái)滿足風(fēng)量要求。
變頻運(yùn)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(jié)電率：
（7811.28-5734.32）/7811.28=26%
節(jié)約電費(fèi)計(jì)算：
以電價(jià)0.6元/度為標(biāo)準(zhǔn)，工頻24小時(shí)耗電費(fèi)：
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(jié)約電費(fèi)：
4686.77-3440.59=1246.18元
一年以300天為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)：
1246.18×300=373854元。
6改造總結(jié)
根據(jù)針對(duì)該項(xiàng)目的變頻改造經(jīng)驗(yàn)以及同類其他項(xiàng)目的實(shí)踐結(jié)果，總結(jié)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關(guān)柜和電機(jī)之間，對(duì)原有接線改動(dòng)不大。
（2）操作簡(jiǎn)單。直觀的中文人機(jī)界面，設(shè)備具有開機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整等操作。
（3）調(diào)速平滑。能夠進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍寬，并且調(diào)速精度高。
（4）節(jié)電明顯。根據(jù)工況要求，變頻器一般運(yùn)行在30Hz左右，實(shí)際輸入電流不到額定電流的一半，節(jié)電率高達(dá)26%以上。
（5）噪音降低。由于電機(jī)運(yùn)行于較低轉(zhuǎn)速上，運(yùn)行噪音大大降低，電機(jī)的發(fā)熱量也有明顯下降。
（6）保護(hù)完善。變頻調(diào)速系統(tǒng)具有完善的保護(hù)功能，降低了電機(jī)運(yùn)行中的故障率，并且啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，對(duì)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(guó)供電部門對(duì)電壓失真要求，高于國(guó)標(biāo)GB/T14549-93對(duì)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(jié)構(gòu)，在運(yùn)行中，如果有任意三個(gè)單元以內(nèi)出現(xiàn)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(tǒng)具有星點(diǎn)漂移功能，使三相輸出線電壓保持平衡，不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)造成不利影響。星點(diǎn)漂移功能實(shí)現(xiàn)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(tái)階，較大限度地保證了變頻器連續(xù)安全運(yùn)行。
7結(jié)束語(yǔ)
采用高壓變頻器后電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流大大減小，其數(shù)值僅相當(dāng)于額定電流，從根本上杜絕了啟動(dòng)中電機(jī)燒毀事故，電機(jī)軟啟動(dòng)將啟動(dòng)過(guò)程的機(jī)械沖擊減小到較小，從而延長(zhǎng)了傳動(dòng)裝置及風(fēng)機(jī)的使用壽命。同時(shí)，較小的啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)也不會(huì)產(chǎn)生大的沖擊，免除了高壓電器開關(guān)被大電流擊穿的危險(xiǎn)。采用高壓變頻器可實(shí)現(xiàn)DCS控制，大大提高了控制精確性和生產(chǎn)安全性。我國(guó)冶煉煙氣制酸SO2風(fēng)機(jī)使用高壓變頻器，不僅可以解決困擾企業(yè)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行問題，而且可節(jié)約大量電費(fèi)。綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)情況分析，靈寶黃金冶煉三分廠二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)采用高壓變頻器調(diào)速是完全可行的。
從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)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(yùn)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(zhǎng)的今天，通過(guò)有效的節(jié)能改造，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
魯公網(wǎng)安備 37083002000095號(hào)
魯ICP備19001210號(hào)-1 Copyright ? 2020 All Rights Reserved
