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        HD93系列8MVA高壓變頻器在電勵磁同步電機上的應用

        發布時間:2019-09-30 14:36   類型:解決方案   人瀏覽
        關鍵詞:電勵磁同步機、有刷同步電機、燒結主抽、動態勵磁、同步機矢量控制
        摘要:高壓大功率同步機的變頻改造一直是各高壓變頻器廠家研究的重點和難點,本文主要介紹了匯川技術在電勵磁同步機矢量控制上的技術特點和解決方案,以及匯川HD93系列同步機專用高壓變頻器在冶金燒結主抽上的應用情況。

        一、前言
        冶金行業向來是耗能大戶,尤其在目前產能過剩、利潤低的情況下,節能顯得尤為重要,鋼鐵行業中的大功率電動機耗費了大量的電費,由于實際過程導致工頻運行大馬拉小車現象嚴重,變頻改造成了不二之選。
        目前鋼鐵行業中的燒結主抽風機,功率一般為整個鋼鐵廠除了高爐鼓風機第二大功率的設備,而且多為大功率同步機驅動,同步機的變頻改造一直以來就是一大技術難點,下面將介紹一下同步機的改造方案及應用效果。

        二、有刷電勵磁同步機及燒結工藝介紹
        2.1大功率同步機變頻改造難點
        同步機相比于異步機有諸多優點:
        (1)對轉矩擾動具有更強的承受能力,動態響應快;
        (2)在極低電源頻率下也能運行,調速范圍寬;
        (3)通過改變勵磁電流,功率因數可調;
        (4)穩定性高,轉矩與端電壓成正比;
        上述的諸多優點使得其使用越來越廣泛,但是大功率同步機變頻控制技術一直是高壓變頻領域的一大難點,各廠家技術參差不齊,導致其最終的控制效果差距較大,以下為有刷同步電機變頻改造需要注意的事項:
        (1)同步電機的起動問題:電樞電壓矢量與轉子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內,否則將導致系統失步;
        (2)同步電機調速期間和勵磁裝置的協調問題,防止正常調速期間同步機失步;
        (3)同步電機正常停機和故障滅磁問題。
        2.2匯川技術HD93同步機控制技術
        匯川依據自身多年同步機控制經驗,在高壓大功率同步機控制方面,通過我們大量的仿真實驗以及現場實驗分析,研發了適用于高壓大功率領域同步機的矢量控制方案,依托于磁鏈閉環矢量控制(SFOC)這一平臺,實現了真正的同步機變頻無速度傳感器矢量控制技術啟動方式(SVC),整個啟動過程平滑、無沖擊,不存在啟動整步問題,并且控制精度高、轉矩響應快,穩定性好。

        圖1:匯川同步機變頻啟動過程圖
        基于電機d - q軸 系數學方程,對電機的磁鏈、電流進行解耦控制,具有磁鏈、電流、速度三閉環的特點。
        通過匯川多個大容量同步機變頻改造應用現場的調試運行情況來看,匯川同步機控制方案還具有調試簡單、調試時間短,以及運行穩定的眾多優點,得到了用戶的一致好評,匯川的同步機控制技術已經在國內建立了絕對的領先地位。
        2.3燒結工藝簡介

        圖2:燒結工藝簡圖
        燒結工藝是指根據原料特性所選擇的加工程序和燒結工藝制度,它對燒結生產的產量和質量有著直接而重要的影響。按照燒結過程的內在規律選擇合適的工藝流程和操作制度,利用現代科學技術成果,強化燒結生產過程,能夠獲得先進的技術經濟指標,保證實現高產、優質、低耗。本生產工藝流程有原料的接受,兌灰,拌合,篩分破碎及溶劑燃料的破碎篩分,配料,混料,點火,抽風燒結,抽風冷卻,破碎篩分,除塵等環節組成。目前生產上廣泛采用帶式抽風燒結機生產燒結礦。燒結生產的工藝流程如上圖所示。主要包括燒結料的準備,配料與混合,燒結和產品處理等工序。

        三、項目改造方案
        3.1項目簡介
        本次我司HD93系列同步機專用高壓變頻器改造對象為河北省邯鄲市某鋼鐵集團燒結廠燒結主抽風機,此燒結線為200m2規模燒結線,配備有5600kW功率燒結主抽一臺,在整個燒結廠屬于耗電大戶,工頻運行采用水阻啟動方式,啟動沖擊大,所以每次啟動此電機都比較困難,另外由于要根據生產情況調節風量,平時采用風門調節的方式進行,風門一般在60%~80%調節,能量浪費嚴重,所以節能改造迫在眉睫。
        3.2改造系統方案

        圖3:系統一次圖
        3.3系統方案說明
        系統采用HD93高性能型同步機專用高壓變頻器、勵磁柜、開關柜和旁路柜完成對同步機負載的同步電機控制。整個系統方案在保留客戶原勵磁系統的情況下,我們重新配備變頻勵磁柜,在變頻器正常運行的情況下,變頻器與變頻勵磁柜配合來控制客戶同步電機啟動與運行,而為了保證電機的可靠運行,我們配備了工頻旁路旁路系統,在變頻器出現重故障的情況下,客戶還可以利用旁路系統跟原工頻勵磁系統來進行控制電機的啟動運行。
        總結高壓變頻器方案如下:
        (1)系統采周一拖一配手動工頻旁路柜,工頻運行時,可以配合原有水阻軟啟動方式運行;
        (2)控制系統改造,實現新舊高壓柜的遠程操作及聯鎖;
        (3)勵磁系統改造,實現工變頻狀態的勵磁控制轉換;
        3.4電氣配置說明
        (1)SM為客戶現場電勵磁同步電動機,基本電氣參數為5600kW/10kV。
        (2)Mg1為變頻運行專用勵磁柜。在變頻狀態下,通過變頻器內部運算給定勵磁電流指令,勵磁柜與變頻器實現勵磁電流閉環控制,MG2為客戶原有工頻勵磁柜,MG1與MG2之間設置有切換開關,需要工頻運行時,勵磁系統切換至MG2。
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        圖4:勵磁系統切換
        (3)QS1、QS2、QS3為工頻旁路柜內高壓隔離開關,用于變頻或工頻啟動同步電機。
        (4)變頻器為匯川HD93高性能型同步機高壓變頻器,基本型號為HD93-J100/8000-DN,額定頻率50Hz,最大運行頻率為50 Hz。輸入變壓器為8000kVA/10kV干式移相變壓器,絕緣等級H級,功率單元為兩象限兩電平單元級聯結構,內含每相9個單元,總共27個功率單元。控制柜內IO板提供標準IO接口和總線通訊接口(CAN、Modbus485、Profibus-DP)。
        3.5系統功能說明(變頻工況)
        (1)系統控制電源380V和冷卻風機電源上電,變頻勵磁柜選擇并且控制電源上電;
        (2)對變頻器和勵磁柜進行相關的參數設定,變頻勵磁柜和變頻器置于“遠方”控制;
        (3)將變頻輸入隔離刀閘QS1、輸出隔離刀閘QS2合閘,勵磁切換開關切換至變頻勵磁,變頻器及勵磁柜控制系統自檢,如無故障,輸出“合閘允許”信號;
        (4)用戶開關柜斷路器QF1合閘,待水阻柜啟動完成后,星點柜QF2合閘;
        (5)變頻器及勵磁柜如上電正常,輸出“變頻器準備就緒”和“勵磁柜就緒”信號到總控臺;
        (6)總控臺對變頻器給定運行頻率,發啟動指令。
        (7)變頻器接收到啟動命令后,發勵磁啟動指令給勵磁柜,同時發出動態勵磁電流指令;
        (8)當運行頻率達到50Hz時,變頻器輸出電壓達到10kV。
        (9)在運行過程中,當變頻器出現嚴重故障時,會同時聯跳輸入斷路器QF,且通知勵磁柜進行滅磁。
        (10)QS2和QS3設有機械聯鎖,當QS2閉合時,QS3不能合閘。
        (11)當工藝需要停機時,通過總控臺向變頻器發送“停機”指令,變頻器接受指令后封鎖變頻器輸出。

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