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罗宾康完美无谐波高压变频器在新型干法水泥厂的应用

罗宾康完美无谐波高压变频器在新型干法水泥厂的应用

发布日期:2016-11-16 00:00 来源:http://www。gydongli。com 点击:

      水泥产业是耗能大户,它面临着节能降耗的艰巨任务,特别是现今的新型干法水泥生产线,规模越来越大,节能空间也越来越大,如一个日产5000吨水泥熟料的水泥厂,全厂的风机装机容量约为12707~13787kW,约占全厂总装机功率(33500kW)的34.8~37.7%,耗电量约占整个厂用电量30%~40%;随着辊式磨系统越来越多地被采用,风机耗电占总耗电量的比重也越来越大。风机的选型是按照满负荷状态设计的,而实际生产过程中随工况和产量的变化,会引起风量、风压随机调整,众所周知风机是属于平方率负载,如将风机的传动系统换成交流调速系统,通过调整电机转速,满足风机的不同工作状态下的风量和风压,就能把消耗在档板和阀门上的能量节省下来,节能空间和效果是很可观的,据统计,一个日产5000吨熟料的水泥厂包括废气处理排风机,窑尾高温风机,篦冷机冷却风机,冷却机排风机,煤磨系统风机主要用于系统透风换热风机,装机功率为6407~7487kW,如换成交流调速系统,按一般使用经验,约可节电640万度,每年节省电费320万元,变频调速设备的投资约两年即可收回本钱。

一.概述 

        水泥产业是耗能大户,它面临着节能降耗的艰巨任务,特别是现今的新型干法水泥生产线,规模越来越大,节能空间也越来越大,如一个日产5000吨水泥熟料的水泥厂,全厂的风机装机容量约为12707~13787kW,约占全厂总装机功率(33500kW)的34.8~37.7%,耗电量约占整个厂用电量30%~40%;随着辊式磨系统越来越多地被采用,风机耗电占总耗电量的比重也越来越大。

        风机的选型是按照满负荷状态设计的,而实际生产过程中随工况和产量的变化,会引起风量、风压随机调整,众所周知风机是属于平方率负载,如将风机的传动系统换成交流调速系统,通过调整电机转速,满足风机的不同工作状态下的风量和风压,就能把消耗在档板和阀门上的能量节省下来,节能空间和效果是很可观的,据统计,一个日产5000吨熟料的水泥厂包括废气处理排风机,窑尾高温风机,篦冷机冷却风机,冷却机排风机,煤磨系统风机主要用于系统透风换热风机,装机功率为6407~7487kW,如换成交流调速系统,按一般使用经验,约可节电640万度,每年节省电费320万元,变频调速设备的投资约两年即可收回本钱。这对降低水泥本钱,进步企业经济效益将起到重要作用。

        目前新设计的干法水泥生产线,重要系统风机、水泵、篦冷机、选粉机、各种称重设备及板式给料机等已采用了变频调速,另一方面在节能环保大形势下,国内各大水泥团体为落实节能降耗,正加紧计划对高温风机和废气排风机等进行电气改造,如海螺团体,山水团体属下几十条日产5000吨水泥熟料生产线,正在进行窑尾排风机传动系统的改造,由原采用液力耦合器调速改造为变频调速系统,这些团体经过深进的比较,最后皆选用了西门子公司的罗宾康品牌的高压变频器。高压变频器故障采用多个低压单元串联连接,构成驱动系统的高压输出的结构,其最明显特点是无需使用滤波器达到完美的输进波形;也无需外加滤波器,有几乎是完美的正弦波输出,其输进和输出谐波电流都能满足最为严格的IEE591标准,故罗宾康品牌高压变频器也被称为完美无谐波高压变频器,这对于大企业来讲非常重要,可避免对公用电网的污染,也不会影响企业内其他大型传动设备的正常运行。由于变频器的主回路结构简单明了,没有附加的输进输出滤波器、功率因素补偿器、升压变压器等附加电路,逆变功率器件则采用简单可靠的IGBT功率器件,同时在系统结构设计上它把隔离变压器和变频器,包括控制单元和各种信号模块集成为一体,使安装接线、启动、调试变得快速简单,整套设备均匀无故障时间达100,000小时。

     罗宾康变频器还设有功率单元旁路功能的选件,即使在一个功率单元故障的情况下变频器仍能满载运行,故它有极高的可靠性。罗宾康完美无谐波高压变频器能提供的电压等级为2.3kV-13.8kV,功率范围为225kW-120,000kW,目前在我国电力、冶金、石油自然气、水处理等行业已广泛应用。 

二。关于高压变频器 

     当输出3KV~13.8KV电压的变频器称为高压变频器,在国外称为中压变频器,国内称为高压, 高压主要是与低压变频器相对而言的,国内常用的电压等级为3300V,4160V,6000V,其分类方式有三种:

按输出电压方式: 

  高高型:直接输出高压,变频器输出没有升压变压器 
  高低高型:中间使用低压变频器,后面升压变压器 

按中间环节类型 
  电压源:中间直流环节为电容 
  电流源:中间直流环节为电感

按逆变器电路结构型式 

  三电平(中心点钳位) 
  GTO/SGCT电流源型逆变器

   功率单元电压串联结构,完美无谐波罗宾康高压变频器就是基于这种电路结构型式

   一般高压变频器拓扑结构都由三部分组成:整流电路将输进交流变为直流;中间为直流环节,它用于滤波和能量储存;逆变电路又把直流逆变为交流,并对输出的电压或电流和频率进行协调控制。变频器一般有五个独立的部件,即输进滤波器,功率因数补偿,隔离变压器,变频装置和输出滤波器,由于罗宾康高压变频器有较好的输进/输出特性,因此其主要部分仅需隔离变压器和变频器。 

三.罗宾康高压变频器结构原理和性能指标 

    罗宾康6kV高压变频器它是基于功率单元电压串联结构,变频器输进三相交流电压,可任选电压等级,星形或三角连接,输出6kV~7.2kV,可直接接进三相感应电机。

    1. 输进谐波和整流电路 

    根据GB/T14549-93国家标准,对电压而言,6KV和10KV电网要求电压总谐波不超过4%,对电流而言,在基准短路容量为100MVA的条件下,对每次谐波电流的幅值分别提出了具体的要求,对6KV电网将各次谐波换算成百分比也为4%左右,谐波超标会使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗,并将导致继电保护和自动装置的误动作,影响各种电器设备的正常工作。按照输进谐波标准并对照各种整流电路可以得出下列结论:整流电路脉冲数至少多于18脉冲(含18脉冲)才能满足输进谐波的标准。 

    罗宾康高压变频器6KV输进整流电路为36脉冲二极管整流电路,由于这种多重化设计形成多脉冲整流,有效消除输进谐波. 谐波量很少。输进谐波电流失真小于2%,输进谐波远远小于规定的标准,在不用滤波器情况下 不会对电网产生影响。 

   2.输进功率因数 

   变频器输进功率因数主要与变频器中间直流环节(电压源型或电流源型)有关。 

   电压源型直流环节为电容,电机需要的无功电流由电容提供,而不需要和电网交换,变频器输进功率因数高,在整个速度范围段内基本保持不变。电流源型直流环节为大电感,电机需要的无功电流还需与电网交换,功率因数较低,且随着电机负载的降低而降低。罗宾康高压变频器的输进功率因数大于0.95,可改善电网系统的质量,并进步电网输进侧的总功率因数。

   3.输出谐波和逆变电路

  变频器输出波形 包括输出谐波、dv/dt、共模电压等指标,变频器输出波形与变频器逆变器的结构密切相关。罗宾康高压变频器采用功率单元电压串联多电平移相式PWM电压源型逆变器 ,对6KV输进逆变器采用13电平PWM电压源型,图2中功率单元的逆变功率器件采用IGBT,驱动简单,成熟可靠,驱动功率小,其他型号高压变频器逆变功率器件需要使用6500V高压IGCT或高压IGBT,驱动较复杂,驱动功率大,备件贵且不易购买。 

  变频器输出波形中的谐波成分会引起电机的附加发热和转矩脉动,输出dv/dt和共模电压会影响电机的尽缘。罗宾康高压变频器输出的波形与正弦波非常相似, 而且dv/dt幅值小,约为900V,不必设置输出滤波器,变频器能直接输出6000VAC,可以使用原有的普通旧国产异步电机。在国内大部分应用中都是6KV旧国产电机,其中很多尽缘等级都是B级,这对水泥厂交流传动技术改造也是可行的,不需更换电机。 

  为确保罗宾康高压变频器工作可靠,还设置了冗余结构,具有功率单元旁路功能的选件,即使在一个功率单元故障的情况下变频仍能满载运行,可靠性极高;包括输进变压器和变频器在内的系统满载时,其效率可达97%,噪音小于75db。 

  罗宾康高压变频用具有极其灵活的通讯功能,除有标准的输进输出信号接口外,还可通过RS485或标准的以太网端口,可以和个人PC连接,并对变频器进行设置和控制,它也支持多种通讯协议,如PROFIBUS DP, Device Net, Modbus Plus 等。 

四.结论 

 1.为落实节能降耗,在水泥大团体正加紧计划对高温风机和废气排风机等进行电气改造,基于一次性投资较高,可与时俱进,先改造窑系统的工艺风机,笔者建议首先进行窑尾排风机传动系统的改造,将液力耦合器调速改造为变频调速。辊磨系统的风机由于容量大,在运行中风量、风压的变化相对稳定,建议可暂缓。 

 2.在选用高压变频装置时,应反复比较各种品牌的高压变频器性能价格比,在性能方面可靠性当首位,其次是输进和输出波形,谐波要低于国家标准;至于输出有多少根电缆等,应不是主要指标。 

 3.在水泥行业回转窑采用直流传动长达一世纪,主要对其起动转矩要求较高,一般为额定转矩的2.5倍,另外要求过负荷能力时间长和过负荷倍数高,目前有些EPC项目也要求回转窑采用交流变频传动。但笔者不建议为节能将回转窑改为交流变频传动,如要改造也必须要谨慎考虑过负荷能力,精心选择变频装置。

   高压变频器故障


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