RA-MV在冶金烧结主抽风机系统的应用

发布时间：2009-08-20 来源：罗克韦尔自动化(中国)有限公司供稿

        一、引言
        变频调速能够应用在大部分的电机 拖动场合，由于它能提供精确的速度控 制，因此可以方便地控制机械传动的上 升、下降和变速运行。变频应用可以大 大地提高工艺的高效性(变速不依赖于机 械部分)，同时可以比原来的定速运行电 机更加节能。
        二．变频器的功能
        下面例举使用变频调速的10个理 由，来说明变频器应用日趋普及的基本 认识:
        (1) 控制电机的起动电流。
        当电机通过工频直接起动时，它将 会产生7到8倍的电机额定电流。这个电 流值将大大增加电机绕组的电应力并产 生热量，从而降低电机的寿命。而变频 调速则可以在零速零电压起动(当然可以 适当加转矩提升)。一旦频率和电压的关 系建立，变频器就可以按照V/F或矢量控 制方式带动负载进行工作。使用变频调 速能充分降低起动电流，提高绕组承受 力，用户最直接的好处就是电机的维护 成本将进一步降低、电机的寿命则相应 增加。
        (2) 降低电力线路电压波动。
        在电机工频起动时，电流剧增的同 时，电压也会大幅度波动，电压下降的 幅度将取决于起动电机的功率大小和配 电网的容量。电压下降将会导致同一供 电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工 作异常，如PC机、传感器、接近开关和 接触器等均会动作出错。而采用变频调 速后，由于能在零频零压时逐步起动， 则能最大程度上消除电压下降。
        (3) 起动时需要的功率更低。
        电机功率与电流和电压的乘积成正 比, 那么通过工频直接起动的电机消耗 的功率将大大高于变频起动所需要的功 率。在一些工况下其配电系统已经达到 了最高极限，其直接工频起动电机所产 生的电涌就会对同网上的其他用户产生 严重的影响, 从而将受到电网运行商的警 告, 甚至罚款。如果采用变频器进行电机 起停, 就不会产生类似的问题。
        (4) 可控的加速功能。
        变频调速能在零速起动并按照用户 的需要进行平滑地加速，而且其加速曲 线也可以选择(直线加速、S形加速或者 自动加速)。而通过工频起动时对电机 或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧 烈的振动。这种振动将进一步加剧机械 磨损和损耗，降低机械部件和电机的寿 命。另外，变频起动还能应用在类似灌 装线上，以防止瓶子倒翻或损坏。
        (5) 可调的运行速度。
        运用变频调速能优化工艺过程，并 能根据工艺过程迅速改变，还能通过远 控PLC或其他控制器来实现速度变化。
        (6) 可调的转矩极限。
        通过变频调速后，能够设置相应的 转矩极限来保护机械不致损坏，从而保 证工艺过程的连续性和产品的可靠性。 目前的变频技术使得不仅转矩极限可 调，甚至转矩的控制精度都能达到3％ ~5％左右。在工频状态下，电机只能通 过检测电流值或热保护来进行控制，而 无法像在变频控制一样设置精确的转矩 值来动作。
        (7) 受控的停止方式。
        如同可控的加速一样, 在变频调速 RA-MV在冶金烧结主抽风机系统的应用
        现 场应 用 中, 停止方式可以受控，并且有不同的停 止方式可以选择(减速停车、自由停车、 减速停车＋直流制动)，同样它能减少对 机械部件和电机的冲击，从而使整个系 统更加可靠，寿命也会相应增加。
        (8) 节能
        离心风机或水泵采用变频器后都 能大幅度地降低能耗，这在十几年的工 程经验中已经得到体现。由于最终的能 耗是与电机的转速成立方比，所以采用 变频后投资回报就更快，厂家也乐意接 受。
        (9) 可逆运行控制
        在变频器控制中，要实现可逆运行 控制无须额外的可逆控制装置，只需要 改变输出电压的相序即可，这样就能降 低维护成本和节省安装空间。
        (10) 减少机械传动部件
        由于目前矢量控制变频器加上同步 电机就能实现高效的转矩输出, 从而节省 齿轮箱等机械传动部件, 最终构成直接变 频传动系统。从而就能降低成本和空间, 提高稳定性。
        三．PowerFlex7000中压变频器
        AB高压变频器使用CSI-PWM技术， 此技术已获得多于2,400,000匹马力现场 安装运行记录的验 证。罗克韦尔自动 化/AB 是中/高压马 达驱动装置的主要 供应商， 其产品电 压等级可从2300V到 6900V， 功率高达 16,000匹马力。CSIPWM 集电流源逆变 功率结构及脉宽调制 模式的优势于一体， 创造了与传统六步 方波电流源变频截然不同的产品。CISPWM 使用很少功率器件，系统简单可 靠。控制策略为带或不带测速反馈的直 接矢量控制，其运行效果近似直流驱动 装置，远远优于电压/频率定比变频器。

        主要特点如下：
        • 可靠性高：AB CSI-PWM高压变 频器品采用6500V/1500A的高压SGCT器 件，器件数量少，耐压及电流裕量大。 变频器电压等级高，变频电流小，器件 开关损耗少，设备安全可靠。
        • 输入波形好：AB CSI-PWM高压变 频器的输入侧采用多脉冲(18脉冲) 整流 器。18脉冲整流器可对17次以下的高 次谐波进行有效的抑制，总体谐波畸变 THD小于5%，不需谐波分析及外加滤波 环节，可直接满足IEEE519-1992及国标的 谐波抑制标准。
        • 输出波形好：AB CSI-PWM高压变 频器无需增加任何选项，可直接输出完 美的正弦电压和电流波形，不存在转矩 脉动，无潜在共振问题。逆变时无dv/dt 及di/dt的产生，谐波畸变THD小于5%， 可直接拖带普通高压电动机，电机无额 外温升，连接变频器及电机之间的距离 可长达15km。

        • 四象限运行：AB CSI-PWM高压变 频器固有能量回馈能力，可将降速工况 (发电机运行状态)下负载反馈回的能量 回送电网, 利用再生制动快速降低电机转 速。电流型变频器具有电流内环，可利 用强大的电流控制能力快速调节电机转 速，特别适用需频繁快速调节的大惯性 负载(风机)的控制。
        • 使用简单：AB CSI-PWM高压变频 器使用大屏幕液晶显示的操作员终端, 中文界面。变频器的状态、输入输出变 量、自诊断结果、故障报警均可显示在 屏幕上, 信息量大。通过终端上的键盘， 可轻松对变频器进行参数设置及工作方 式的组态。
        • 维护方便：AB CSI-PWM高压变频 器使用高集成度的SGCT器件及专利产品 PowerCage机架，提高了系统模块化程 度，友善的人机界面提供了所有的维护 信息，从而保证了功率模块的更换时间 小于5分钟。
        • 通讯能力强：AB CSI-PWM高压变 频器总共提供16个数字量DI接口及16个 数字量DO接口，根据用户需要，变频器 可提供4-20mA或4-10V模拟量输入输出 接口。变频器可配置各种数据串行通讯 接口，提供开放的网络与厂级监控设备 (DCS，PLC，值班室操作站)进行通讯。
        变频器内的变量、参数可传给其他监控设备进行记录、显示或参与控制。变频 器通讯接口选项丰富，用户可根据需要 选其中之一，如 ：DeviceNet, Profi bus， Modbus，Remote IO, ContrlNet及RS- 232/485等。
        四．烧结工艺
        原料厂铁矿粉、富精粉、燃料、溶 剂按比例混合，然后送圆筒混料机进行 二次混匀和造球，由皮带运输机送到烧 结机混料仓，完成供料工艺。铺底料装 置先把底料(原块矿，粒度为10-20mm) 均匀的铺在台车的篦条上，混好的料由 布料器镇静文不对题底料上进行点火烧 结，从台车上的烧结矿翻到单辊破碎机 进行破碎。通过漏斗溜到设在下层平台 的热振动筛中进行筛分，≥5mm的合格 烧结矿通过溜槽溜到储矿槽，供高炉使 用。≤5mm的粉矿，通过配料皮带机进 行重新配料，烧结过程产生的废气，除 尘器除尘后，经风机抽入烟囱，排入大 气。
        其中抽风除尘系统由降尘管、旋风 除尘器、多管除尘器、水除尘器、主抽 风机、管路及烟囱组成。在烧结抽风过 程中产生的烟气及灰尘和抽风冷却过程 中产生的废气及灰尘(灰尘约0.5-3g/立方 米)通过风箱进入降尘管，降尘管(50mm 以上)除掉，经除尘客除尘后的烟气及灰 尘进入除尘器进行二次除尘，灰尘经除 尘器的卸灰阀排到运输小车上运到配料 室料仓参与配料。机尾除尘系统由多管 除尘器、抽风机及烟囱组成。烧结矿翻 入单辊破碎机进行破碎和热矿筛，筛分 时所产生的灰尘通过多管除尘器尘后由 烟囱排入大气。
        五．方案介绍
        鞍钢鲅鱼圈烧结有二台405M2烧结 机，两台烧结机是分开的。每个烧结机 有两台主抽风机，风机为SJ21000，对应 电机为7800KW同步有刷电机，两台主抽 风机同时工作烧结机才能生产。风机室 是分别独立的两个风机室，有两个高压 变电所。

系统集成架构

中压变频器及切换控制系统设计

风机仪控系统设计

风机振动监测系统设计

鲅鱼圈烧结主抽风机监 控系统共包括六大部分：风机 状态监控、历史趋势、报警汇 总、报警值设定、变频控制状 态、风机稀油润滑装置。可实 现风机的起停控制及状态监 测等功能。



设备状态监测诊断系统设计

        每台烧结机各安装1套RA的中压变 频器，主要功用是做软起动。在正常情 况下每台烧结机由自身的变频器分别起 动两台风机，在一台变频器发生故障 时，由另一台变频器起动另一系统的两 台风机。所以本系统要完成1拖4，并且 要完成2台1拖4互为冗余，该系统实现的 难度是非常大的，也是亚太地区唯一的1 拖4系统。
        在整体鲅鱼圈烧结涉及到RA及国 内产品主要有：RA-MV提供2台PF7000- 430A变频器、4台同步电机励磁系统、 2台6KV变频输出开关柜，1套高压柜 切换控制系统；鞍山海汇提供了2套(4 台)6000KVA的干式变压器、2套风机 仪控保护系统、4套风机振动监测系统 (ENTEK)、风机室一次检测仪表、2套 HMI、2套手自动切换和控制的操作台、 28套Point I/O(高压柜切换控制)；为了满 足生产调试和维护的需要，我们提供了1 套高压柜切换控制系统、大风机设备状 态监测诊断管理系统。

        以上频谱图表明：
        1) 所有测点的主要振动均出现在 工频(1000rpm)附近，其它振动分量很 小，说明风机系统对中良好。所有测点 的主振动尖峰值均小于系统报警点，说 明风机系统满足正常运转要求。
        2) 电机侧水平振动自由端大约 2.5，负荷端大约3.5，振动值偏高，分析 可能的原因是共振引起。
        3) 风机侧水平振动高于垂直振 动，最大水平振动在4.6左右，远远低于 报警值，表明风机侧装配良好。
        六．结束语
        应用RA－MV首次实现烧结主抽风机 冗余起动，带来了以下几个好处：
        1、 电机起动非常平稳，延长了风 机、电机等大型设备的使用周期，同时 也避免了对电网的冲击；
        2、 提供了风机系统完整的设备状 态监测与故障分析系统，并提供了相应 的通讯接口，使全线生产监控系统可以 方便地从本系统提取所需数据；
        3、 为生产线设备状态监测与诊断 提供了信息平台；
        4、 由单一的产品应用，实 现了完整的系统应用。 目前运行状况良好，解决 了以往多次起动的疑难问题，深 受用户好评。在冶金系统烧结主 抽大风机从SJ23000~SJ18000的 起动方面，建立了一个RA－MV 完整的典型应用。