產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
唐山寶泰鋼鐵公司風機高壓變頻技改紀實
1前言
唐山新寶泰鋼鐵有限公司始建于2002年8月,2003年投入生產(chǎn),是一家集燒結(jié)、煉鐵、煉鋼以及帶鋼生產(chǎn)、商貿(mào)于一體的民營股份制企業(yè)。公司現(xiàn)有員工3600人,公司主體設(shè)備有:92m2步進式燒結(jié)機三臺;10m3豎爐兩座;450m3高爐三座;50T氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐兩座;石灰窯10座;四機四流連鑄機一臺;五機五流連鑄機一臺;180萬噸帶鋼生產(chǎn)線一條。2009年產(chǎn)鋼量200萬噸,主要產(chǎn)品為帶鋼,其余鋼坯外銷。
2需要改造的設(shè)備情況
利用高新技術(shù)來提高企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的管理水平和節(jié)能降耗已是各企業(yè)首選的手段之一。高壓變頻節(jié)能技術(shù)在我國的已接近世界同行的先進水平,并以產(chǎn)品性能穩(wěn)定、服務及時、價格適宜等優(yōu)勢深受國內(nèi)企業(yè)接受和應用。
利用變頻器作為風量的調(diào)節(jié)最直接的效益就是節(jié)能降耗。采用變頻調(diào)速的主要特點是消除或減少擋板的節(jié)流損失,可自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與負荷匹配,從而達到較佳的節(jié)能目的。一般情況下生產(chǎn)設(shè)備的節(jié)能可以通過兩種手段實現(xiàn),一是減少運行時間;二是在滿足運行工況的前提下消減輸入功率,顯然第一種方法不適合連續(xù)運行的風機,那么利用變頻調(diào)速等節(jié)能技術(shù)可以消減輸入功率正合適不需要恒轉(zhuǎn)矩的風機、水泵類的設(shè)備。
唐山新寶泰鋼鐵有限公司2009年噸鋼煤消耗處于行業(yè)較高能耗水平。為了降低生產(chǎn)成本,廠領(lǐng)導決定對豎爐電除塵器風機、煉鐵廠出鐵場除塵風機、煉鐵廠礦槽除塵風機、3#爐噴煤主排風機、煉鋼廠轉(zhuǎn)爐二次除塵風機加裝高壓變頻系統(tǒng)及輔助節(jié)能設(shè)備。需改造的設(shè)備參數(shù)如下:
燒結(jié)廠:1#10m2豎爐HEP80-3電除塵器風機和2#10m2豎爐HEP80-3電除塵器風機,額定功率:500kW/10kV,數(shù)量:2臺。
煉鋼廠:轉(zhuǎn)爐二次煙塵BLCM-24-14200布袋除塵器風機,額定功率:1600kW/10kV,數(shù)量:1臺。
煉鐵廠:1#450m3高爐出鐵場BLCM-12-5500m2布袋除塵器風機和3#450m3高爐出鐵場BLCM-12-5500m2布袋除塵器風機,額定功率:630kW/10kV,數(shù)量:2臺。
1#450m3上料礦槽RMCM-3700布袋除塵器風機和3#450m3上料礦槽RMCM-3700布袋除塵器風機,額定功率:500kW/10kV,數(shù)量:2臺。
3#爐噴煤主排風機,額定功率:450kW/10kV,數(shù)量:1臺。
高壓變頻器性能的好壞,將直接影響著風機的安全穩(wěn)定運行,因此變頻器的選擇至關(guān)重要。新寶泰鋼鐵公司領(lǐng)導對除塵風機系統(tǒng)節(jié)能技改工程改造前,收集了解了國內(nèi)外變頻器的一些資料,經(jīng)反復比較,經(jīng)招標方式,選定山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38系列8套高壓變頻調(diào)速系統(tǒng),分別是JD-BP38-500F(4套)、JD-BP38-450F(1套)、JD-BP38-1600F(1套)、JD-BP38-630F(2套)對以上設(shè)備進行變頻改造。
3風光JD-BP38系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)特點
山東新風光是國家高新技術(shù)企業(yè),JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心,采用無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù),其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準,輸入功率因數(shù)高,輸出波形質(zhì)量好,不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,可以使用普通的異步電機。
風光牌高壓變頻器為高--高電壓源型模式,由移相變壓器,功率單元和控制器組成。前端由一個多繞組的隔離移相變壓器供電,采用30脈沖以上整流,功率單元每相采用低壓功率單元串接組成,風光高壓變頻器采用模塊化設(shè)計,互換性好、維修簡單。
風光JD-BP38系列高壓變頻器除具有一般普通變頻器的功能外,還具有以下性能特點:
(1)采用高速DSP作為中央處理器,運算速度更快,讓控制更精準。
(2)飛車啟動功能:能夠識別電機的速度及轉(zhuǎn)向并在電機不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。為了適應國內(nèi)電網(wǎng)波動大,系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)中再啟動功能。從而在電網(wǎng)電壓波動超過+15~-35%U0情況下,系統(tǒng)能夠提供有效過、欠壓保護;在電網(wǎng)恢復正常后,自動搜索跟蹤電動機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向按照設(shè)定曲線恢復正常運行狀態(tài),保證設(shè)備安全運行不跳閘。為了滿足不同現(xiàn)場對旋轉(zhuǎn)中再啟動功能的需求,系統(tǒng)提供完備的參數(shù)設(shè)定功能,真正適應現(xiàn)場運行工況要求。
(3)完整的工頻/變頻自動互切技術(shù):現(xiàn)在的高壓變頻器一般設(shè)置工頻旁路切換柜,變頻器發(fā)生故障時能使高壓電機轉(zhuǎn)至工頻運行,旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式,手動旁路需人工操作,時間較長,適應于無備用裝置或不需要自動切換的運行工況,自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉(zhuǎn)換至工頻運行。新風光公司提供的自動旁路切換柜,不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運行狀態(tài),還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻的功能,整個轉(zhuǎn)換過程不會對用戶設(shè)備的運行造成任何影響。
(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動功能:運行過程中高壓瞬時掉電三十秒鐘內(nèi)恢復,高壓變頻器不停機,高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。
(5)掉電3秒不停機功能。在高壓變頻器高壓失電3秒內(nèi),高壓變頻器自動減速繼續(xù)運行,3秒內(nèi)恢復高壓變頻器從最后運行頻率開始恢復運行,3秒內(nèi)高壓未恢復變頻器停機,30秒(可設(shè)置)內(nèi)高壓恢復變頻器自動執(zhí)行飛車啟動。
(6)線電壓自動均衡技術(shù)(星點漂移技術(shù)):變頻器某相有單元故障后,為了使線電壓平衡,傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相同的電壓,而線電壓自動均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角,在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。在運行中,如果有任意三個單元以內(nèi)出現(xiàn)故障,變頻器本身會自動旁路該單元,同時變頻器主控系統(tǒng)具有星點漂移功能,使三相輸出線電壓保持平衡,不會對電動機造成不利影響。
(7)具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路,此時如果變頻器不具備相間短路保護功能,將會導致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出,保護設(shè)備不受損害,避免事故的發(fā)生。
4設(shè)備改造情況
變頻器設(shè)備接入用戶側(cè)高壓開關(guān)和擬改造電機之間,變頻器控制接入原有的DCS系統(tǒng),由DCS系統(tǒng)來完成正常操作。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性,變頻器加裝工頻旁路裝置,可在變頻回路故障時將電機切換至工頻狀態(tài)下運行,根據(jù)用戶要求切換方式為手動切換。
根據(jù)用戶現(xiàn)場要求,采用8臺高壓變頻器分別對風機一拖一控制,選用高壓變頻器型號如下表所示。
4.1風機設(shè)備改造變頻選型
此次唐山寶泰鋼鐵公司風機變頻技改項目選用高壓變頻器如下表1所示。
4.2一次回路及保護
風光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進線柜(旁路柜)、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護過程中或變頻器出現(xiàn)故障時,將電機投入到工頻電網(wǎng)運行,保證生產(chǎn)不受影響。變頻運行時,變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖1所示。
DL:用戶高壓真空斷路器
K1、K2、K3:高壓變頻器內(nèi)置高壓隔離開關(guān)
BPQ:JD-BP38系列高壓變頻器
D:高壓異步電動機
圖1手動旁路柜中,共有3個高壓隔離開關(guān),為了確保不向變頻器輸出端反送電,K2與K3采用電磁互鎖操動機構(gòu),實現(xiàn)電磁互鎖。當K1、K3閉合,K2斷開時,電機變頻運行;當K1、K3斷開,K2閉合時,電機工頻運行,此時變頻器從高壓中隔離出來,便于檢修、維護和調(diào)試。
旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖, DL合閘時,絕對不允許操作旁路隔離開關(guān)與變頻輸出隔離開關(guān),以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象,確保操作人員和設(shè)備的安全。
故障分閘:將變頻器“高壓分斷”信號與旁路柜“變頻投入”信號串聯(lián)后,并聯(lián)于高壓開關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下,當變頻器出現(xiàn)故障時,分斷變頻器高壓輸入;旁路投入狀態(tài)下,變頻器故障分閘無效。
保護:保持原有對電機的保護及其整定值不變。
4.3對原設(shè)備液耦處理
1#出鐵風機、3#出鐵風機、鋼廠二次風機原有設(shè)備裝有液力耦合器。在變頻改造時,對原液耦處理考慮有兩種方式:一是將原液耦拆除,用連接軸代替液力耦合器,電機位置不動;二是將電機向前移動,直接與風機相連。在本次改造中,采用第二種方式。
5設(shè)備現(xiàn)場使用情況
變頻器于8月30日設(shè)備開始安裝,9月18日至10月2日調(diào)試和上高壓帶電機調(diào)試,在調(diào)試過程中,故障報警可靠,連鎖可靠,各種保護完備,變頻或工頻試運行正常。
用于新寶泰鋼鐵有限公司鋼廠、鐵廠風機的高壓變頻節(jié)能改造項目的8臺套變頻器,節(jié)電改造后,通過連續(xù)72小時滿負荷試運行考核,10月2日變頻器全部投入生產(chǎn)運行,至今運行正常。
在運行期間,高壓變頻器控制精度高,系統(tǒng)運行穩(wěn)定。工頻、變頻及切換運行正常,各項指標均達到設(shè)計要求。
安裝在鋼廠、鐵廠的8臺套的變頻器設(shè)備調(diào)試進行了以下內(nèi)容:
?。?)變壓器初級涌流和次級靜態(tài)電壓測量;
?。?)單元分立測試;
?。?)變頻器空載測試;
?。?)變頻器拖動電機空載運行;
?。?)變頻器拖動電機負載載運行;
(6)測試變頻器的功能有:就地控制、軟起動、變頻調(diào)速等。
使用變頻器后,風機電機消耗功率明顯減小,實現(xiàn)了風機電機軟起動及無級調(diào)速。用變頻器起動電機,沒有起動電流沖擊,避免了對電機及電網(wǎng)的沖擊,調(diào)速精度高。降低電機轉(zhuǎn)速的同時,電機軸承溫度下降,機械磨損下降,從而延長電機和設(shè)備的使用壽命,降低了設(shè)備的維護費用。
經(jīng)過新寶泰鋼鐵公司能源中心、各分廠測試和計量,系統(tǒng)達到了預期的節(jié)能效果。10月18 日至 11月5日完成改造后的數(shù)據(jù)采集,變頻運行計量10月18 日 至10 月 21日(三天);工頻運行計量 11月 1 日 至 11 月3 日(三天)。風機工頻與變頻運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下表2、表3所示:
實施變頻節(jié)電改造后,使8套風機電機總輸入功率由原來的3410.79kW降至2078.44kW,節(jié)電功率為1332.35kW,節(jié)電率達39.06%,年可節(jié)電959.29萬kW·h(運行時間按300天/年計),電費按0.56元/kW·h計,年節(jié)約電費537.20萬元,節(jié)電效益十分明顯。
6結(jié)束語
風光牌JD-BP38系列高壓變頻器共8臺套,系統(tǒng)安裝合格,各項參數(shù)指標達到技術(shù)要求,且順利通過現(xiàn)場試運行,現(xiàn)已投入生產(chǎn)運行。項目改造是成功的,達到了預期的設(shè)計要求,具有非常顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著國家“十二五”期間對節(jié)能減排工作的支持力度空前加大,高壓變頻器正迎來黃金歷史發(fā)展階段。