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高压变频器在生料磨循环风机上的应用
 
文/河南省同力鹤壁水泥有限公司 刘振鹤


摘要:河南省同力鹤壁水泥有限公司成立于1995年,现有2条日产2500吨水泥熟料新型干法生产线,年产水泥200万吨。2006年12月,公司对二期生料磨循环风机进行高压变频改造,取得了良好的经济效益与社会效益。
关键词:生料磨循环风机、高压变频器 节能
  河南省同力鹤壁水泥有限公司成立于1995年,现有2条日产2500吨水泥熟料新型干法生产线,年产水泥200万吨。公司注意挖掘自身潜力,强化节能意识,并付诸于实施,于2006年12月就对二期生料磨循环风机进行高压变频改造,取得了良好的经济效益与社会效益。
一、生料磨循环风机改高压变频器拖动的必要性
  我公司二期生料磨循环风机为沈阳电机股份有限公司生产的转子绕线异步电机(YRKK630-6,10kV,1000kW)拖动,原有的运行方式为电机全速运行,启动方式是转子串水电阻启动,启动结束后自动短接转子滑环,电机全速运行,这样的运行方式存在如下弊端:
1.风机调节反应滞后,调节速度慢,调节精度不高。
  依靠风门调节执行器来调节风门开度,受机械部分限制调节速度有限,调节精度亦受影响,往往对现场的风量控制不是很到位。并且,随使用年限增加,挡板开度指示出现偏差,造成调节的误差增加。
2.风门调节浪费电能,不科学,不经济。
  电机额定电流为70A,而电机实际运行电流平均为60A左右,阀门开启仅为70%左右,采用风门调节,人为改变了风道的阻力曲线,大量的能源白白浪费在风门上。
3.电机全速运行受到考验,电机和风机维护周期短。
  因电机全速运行,电机轴瓦和风机等机械部分磨损较快,转子滑环的碳刷磨损也较快,更换周期短。
二、调速方式的选择
  大功率高压异步电动机的主要调速方式有以下几种:串级调速、内反馈斩波调速、液力耦合器调速及变频调速等。高压变频调速较其他调速方式有以下无法比拟的优点:
  1.变频器采用液晶显示数字界面,可随时显示电压、电流、频率和电机转速,可以非常直观地显示电机在任何时间的实时状态和故障信息。
  2.精确的频率分辨率和很高的调速精度,完全可以满足各种生产工艺工况的需要。
  3.具有电力电子保护和工业电气保护功能,保证变频器和电机在正常运行和故障时安全可靠。
  4.电机可实现软启动、软制动;启动电流小,减轻了对机械负载的冲击;电机启动的时间连续可调,减少了对电网的影响。
  5.具有就地和远程操作功能。
  6.减少配件损耗,延长设备使用寿命,提高劳动生产效率。
  当时,通过对国内外厂家的比较,我公司选用了北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A10/090高压变频器。
三、改造项目具体实施方案和过程
  根据现场的实际情况,旁路柜采用了一拖一自动方案,此结构是自动旁路的典型方案。基本原理是:使用了3个高压隔离开关(GS1、GS2和GS3)和3个高压真空接触器(KM1、KM2和KM3)组成(如图1,GF为原高压开关柜内的断路器)要求KM1和KM2不能与KM3同时闭合,在电气控制回路和PLC程序上实现互锁,变频正常启动时,KM1先闭合,KM2后闭合,正常停车时KM2先断开,KM1后断开;当变频运行期间变频器报重故障时自动投入旁路运行(参数可设),KM1和KM2同时断开后KM3闭合,转入工频运行;变频器出现故障短时不可修复,直接工频启动时,手动合上KM3即可。
  现场原有的水电阻装置继续保留,变频启动时,取KM1的合闸信号直接短接电机转子滑环,由高压变频器对电机实现软启动;变频运行报重故障时自动旁路,KM1和KM2断开,水电阻短接接触器断开,KM3合闸信号启动水电阻装置正常投入运行(仅启动,启动完毕后仍短接转子);当工频直接启动时,KM3合闸信号直接启动水电阻实现软启动功能。KM3合闸信号(旁路运行信号)直接进DCS,提示中控进行阀门调节风量。

图1:高压变频器工频旁路原理

现场设备铭牌如下:
高压变频器铭牌 电机铭牌
型号 HARSVERT-A10/090 型号 YRKK630-6
出厂编号 05037 制造厂 沈阳电机有限公司
额定功率 1600kVA 额定功率 1000kW
额定电流 90A 额定电压 10kV
额定输入电压 10kV 额定电流 70A
输出最大电压 10kV 额定转速 960R/M

四、改造效果
1.节能效果相当明显,经济效益显著。
  我公司二期生料磨循环风机变频改造后,取得了显著的节能效果,改造前风机风门的开启经常在70%左右,电机全速运行;变频改造后,风机变速运行,风门全开。因现场工况变化不是很大,变频调速系统经常运行在42Hz左右,与调节档板时的消耗功率大大减少,节电效果与经济效益显著,变频改造前后,电机的运行数据如下表所示:
时间? 调节方式 输入电流(A) 运行频率(Hz) 电机平均功率(kW)
改造前 风门 60 50 832
改造后 变频调速 40 42 658
  改造后,生料循环风机的节能率为:(832-658)/832=20.9%,该生料循环风机年运行时间按280天,每度电按0.5元计算,年节省电费:(832-658)×24×280×0.5=584640元。
2.改善工艺。
改造前及改造后现场工况列表如下:
  改造前 改造后
启动方式 串水电阻启动 变频软启动
风机噪音振动 较大
轴承温升 较高
电机和风机维护周期

参考上述表格,可以看出:
  二期生料循环风机变频改造后,取得的间接效果也十分明显,由于变频调速系统经常运行在42Hz(生产时),电机及风机转速降低,电机及风机的轴温降低,噪音和振动降低,电机碳刷消耗量减少,整体维护周期大大延长。操作人员在DCS侧通过监控界面很方便的调节电机的运行频率,调节及时,调节精度高,由于电机变频改造后转速降低,输出功率大大降低,电机的温升也没有升高。

五、总结

  由此可见,利德华福生产的该套HARSVERT-A10/090高压变频调速系统在我公司二期生料循环风机上取得了良好的使用效果,该设备安装方便,运行稳定可靠,维护量小(定期清滤网和紧线),在迄今二年多的运行过程中,故障率很低,系统运行安全、稳定、可靠,节能效果显著,为我公司的正常生产和节能降耗做出了巨大贡献。
我作为电气维护管理人员,对利德华福高压变频器的使用有以下切身体会:
  1.系统运行安全、稳定、高效。
  2.全中文界面显示,参数设置简单明确,方便操作。
  3.适应国内电压不稳的国情,在其可靠性、安全性等方面具有独到的优势。
  4.内置PLC,易于改变控制逻辑关系,适应多变的现场需要。
  5.监控、保护、记录查询等功能实用、可靠、方便。
  6.该公司非常重视售前、售中和售后服务工作,有着一支训练有素、专业技术能力强、服务及时的技术支持工程师队伍,能随时响应并满足用户的各种要求,客户24小时可以跟技术服务人员取得联系,获得技术支持和帮助。
  7.该公司的技术研发能力强,不断完善产品质量和提高产品稳定性,产品升级和改进后主动为客户提供免费升级服务(一年内)。
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