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                高压变【频器在铜矿砂浆泵上的应用

                发布时间:2016-06-30 作者:新风光

                1 引言

                珲春紫金矿业有限公司∏系紫金矿业集团股份有限公司(A股和H股两地♀上市公司)的全资子公司,经过几年来的迅猛发展,珲春紫金矿业已经成为①紫金矿业集团的重要利润增长点。2015年营业额10亿左右。该矿有三△条矿石处理生产线,1条9500t,1条4500t,1条10000t,日处理矿石20000t左右。

                砂泵站的配置是2台355kW泵组,2台450kW泵组合计四组矿砂泵(1个机组2台电机,共计8台电机),2用2备用。砂泵站的主要目的是将浮选以后Ψ的矿浆排到山上的矿浆池,经过沉淀以后清水再流下来循环利用,保护环境。管道长500m左右,上下落差100m左右。由于砂→浆比较重,距离比较远,因此单台水泵的扬程没办法满足〖需求,所以现场每一组泵都是2台相同功率的2台砂浆泵︽串联。直接连接砂浆池的是前端泵←,连接管道直通上山的是后端泵。前端泵为工频泵,水阻柜启动【,后端泵用液力耦合器调速控制流量,启动也是用水阻柜。2台电机※直接和水阻柜连接,软启动减少冲击。
                2 改造的必要】性

                液力耦合器在现场使用过程中,有以下问题:第一,电机启动¤困难,因为砂浆比较重或是砂浆沉淀,造成电机过载保护,有时需要3~4次才能彻底启动起︾来;第二,液力耦合器故障率高,维护保养费○用比较高;第三,液力耦合器调速装置损坏,无法实现调速控制,人工操作调速非常麻烦。该公司◣领导经过多方考察,比较液力耦合器调速与高压变频调速2种高压电机调速方式,认为:
                (1)高压变频器调速范围为0-100%,全速☆度段调速,而液力耦合器的调速范围一般为40-95%,而液力耦合器目前已经不能调速。
                (2)高压变频器在整个调々速范围内都具有较高的效率(大于96%),而液力耦合器在调√速越低时效率越低,本身带来不小的损耗,调速的节能效果大打折扣。
                (3)高压变频ω器对电机及负载机械实现真正的软启动,如果工艺需要,电机可以在短时间◤内多次重复启动,液力耦合器不能解决电机启动问题,启动困难,并且※不能频繁启动。
                (4)高压变频器是高科技产品,可靠性高,基本免维护,万一变频器故∞障,电机还可★以直接挂电网工频运行,不会造成生产损失,而液↓力耦合器本身包含油路,水路等多套系ω 统,故障率高,液力耦合器一旦发生故障,负载机械将无法运行,只能□停机维修。维修工作量大,造成有效工作时间的缩■短。

                所以变频调速技术各方面远远高于液力耦合器调速,根据设备现场状况,变频调速优于其他调速※技术,还有变频改造已非常普遍,技术№非常成熟。该矿经过招标方式,1#砂浆泵机组高压变频设备选ㄨ取新风↙光电子科技股份有限公司生产的JD-BP38-500F型(500kW/10kV)高压变频器对砂浆泵站电机进行改造,2015年6月15日变频器一次性投入使用,至今运↑行正常,改造取得了成功。本文对风光牌JD-BP38-500F型高压变频器在砂【泵站1#砂浆泵的改造情况】进行简要介绍。
                3现场1#砂浆泵及电机参▓数
                3.1电机参数如表1所示。
                表1  电机参数

                3.2砂浆泵参数如→表2所示。
                表2  渣浆泵参数

                4 风光JD-BP38系列高压变频♂系统技术特点

                新风光电子公司是国家高新技术企业,生产的风光牌JD-BP38系列」高压变频器以高速DSP为控制核心,采用无速度传感器矢量控制技术、功率单元串联多电平♀技术,属高-高电压源型变频器,其谐波指◎标远小于IEEE519-1992的谐波标↘准,输入功率因数高,输∑ 出波形质量好,不必采用输⊙入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器;不存在谐波引〖起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模█电压等问题,可以使用普通的异步电机。
                4.1 JD-BP38-500F高压变频器技术指标

                JD-BP38-500F高压变频器『技术指标如表3所示。
                表3  JD-BP38-500F 高压变频器主要技术指标

                4.2 JD-BP38-500F高压@变频器技术特点

                具体来说,风光高压变频器除具有一般普通高压变频器的性能外,还具有以下突出特点:
                (1)高性能矢量控△制,启动转矩大,转矩动态响应快,调⌒ 速精度高,带负载能力强,提高了设备运行的々平稳性;
                (2)振荡抑制技术,采用优越的电流算法,有效地抑制轻载电机电①流的振荡,保证@ 系统稳定可靠的工作;
                (3)快速飞车启动技术,特别适用于变频保护后的■重新启动,可实现变频器在0.1s之内从保护状态复位重新带载运行;
                (4)电网瞬时掉电重启技术,电网∮瞬间掉电可自动重启,可提供最长60s的等待时♀间;
                (5)星点漂移技术,检测到单元故障后,可在100us之内将◣单元旁路,执行星点漂移技术,保持输出线电压平衡,最大程度提高电压ㄨ利用率;
                (6)工、变频无扰切换技术,该技术可满足≡多电机综合控制及大容量电机软启动的需要;可以实现大容量电机双向无扰动投切,能有效保证生产的正常进行;
                (7)输∴出电压自动稳压技术,变频器实时检测各单元母线电压,根据母线电压调整输出电压,从而实现♂自动稳压功能;
                (8)故障单元热复位技术,若单元在运行中故障,且变频器对其旁路◥继续运行,此时可在运行中对故障单元进行复位,不必等〇变频器停机;
                (9)多种控制方式,可选择本机控制、远控盒控制、DCS控制,支持MODBUS、PROFIBUS等通讯协议∑√,频率设定◣可以现场给定、通讯给定等,支持频ぷ率预设、加减速功能;
                (10)单元直流电压检测№:实时显示检测系统的直流电压,从而实现输出电压的优化控制,降低谐波※含量,保▃证输出电压的精度,提升系统控制性能,并可使保证运行维护人员实现对〗功※率单元运行状况的全面把握;
                (11)单元内电解电容因采取了公司专利技术,可以将∑其使用寿命提高1倍;
                (12)具备突发∩相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路,此时如果变频器不具备相间短路▲保护功能,将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器▼输出,保护设备不受损害,避免事故的发生;
                (13)限流功能:当变频器输出电流超过设定@ 值,变频器将自动限制电流输出,避免变频器在加减速』过程中或因负载突然变化而引起的过流保护,最大限度减少停机次数;
                (14)故障自复位功能:当变频器由〗于负载突变造成单元或是整机过电流保护时,可自动复位,继续运行。
                5改造系统方■案介绍

                该矿领导在1#砂浆泵改造中,在处理液力偶合器的问题上,考虑到该设备故▽障率高,决定拆除液力耦合器,将电机前移与泵『直接连接。变频器接入原高压开关和拟改造电机之间,变频器控制接入原有的DCS系统。为了充分】保证系统的可靠性,变频器加装了工频旁路装置,1#砂浆泵现有的控制设备和运行方式仍将保留,控制回路上︻设计工频/变频运行切换选择,工/变频选∮择由人工切换操作,实现1#砂浆泵在工频或变频运行。

                通过目前已有的DCS系统可显示变频器的运行数据◎和当前状态,实时监︼控系统运行。操作方面,有远程控制和本地控制2种控□ 制的方式,这2种控制方式可提高系统的安全性能。变频器内置PLC,用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现△场各种操作信号和状态信号(如RS-485)的协调,并且可以根据用户的需要扩展控制开关量,增强了系统的灵活〓性。
                6恒液位控制系统原理、PID设定

                由于该公司需要对矿浆池液位进行控制,因此采用恒液位闭环控制,其工作原理框图如附图〗所示,测量元件为超声波液位计,将它安装在矿浆池,Vi为需▂设定液位值,超声波液位计测量液位V作为输出◥量,构成闭环控制系统。变频器通过采集液位计测量V与用户◤给定值Vi进行比较和运算,通过内置PID进行调整,将结果转换为频率调节信号送至变频器,直至达到给定液位的给▲定值Vi。


                附图 恒液位闭环控制原理框图

                (1)在PID控制中,P系数加大,可以加快调节速度。但如果过大,系统容易因超调而震々荡。若P太小,又会使系统的动作缓慢。P可正可负。如果比例系↑数为正,那么该回路为正作用回路;如果比例系数为负,那么该◣回路为反作用回路。本变频器P设定为0.35。
                (2)积分I的作用主要是消除系统的静态误差。但过强的积分作用》使闭环系统超调加大。所以在调节◥过程初期,应减弱积分作用,防止产生积〒分饱和现象;而到过程后※期,应适当增强积分作用,以提高控制精度。本变频器I设定为10.0。
                风光ㄨ高压变频器内置PID功能,其中PID 结构参数具有以下选择方式:
                0:比例 PID 控制只比例增益起作用;
                1:积分 PID 控制只积分▓增益起作用;
                2:比例+ 积分 PID 控制比例增益和积分增益←同时起作用;
                3:比例+ 积分+ 微分 PID 控制比例增益、积分增益和微分◥增益同时起作用。
                本变频器PID结构功能选择2,比例+积分 PID 控制比例增益和积分增益←同时起作用,完全可以满足恒液位闭环控制系统的控制要求,不需要设定微分参数。
                7 变频器调试及运行〇情况
                7.1调试情况

                在调试过程中,要注意以下事项:
                (1)高压变≡频器改造控制的是后端泵,后端泵由前端泵是工频启动被带着转动。因此后端泵使用变频器启动◆时需要使用飞车启动模式。
                (2)停机的时候由于矿浆后座容易带着水泵反转,停机模式设为自●由停车。
                (3)该1#砂浆泵变频改造后,频率一般运行在38Hz-48Hz之间。通∮过测试发现变频器运行在38Hz以下打不出矿浆,所以我们把最低频率限制在38Hz。
                7.2运行情况

                1#砂浆ω 泵变频节电改造后,2015年6月中旬,正√式投入生产,至今运行正≡常。系统达到¤了预期的效果:实施变频改造后,砂浆泵总用电量有明显下降,设备实现ξ了软起动,改善了设备的运行工况,极大地减轻了砂浆泵起动时对供配电系统的冲◢击。
                为了对比变频改造节能情况,在相同√产量下,对工频、变频相应的运行数据进行了○一周统计,1#砂浆泵的运行数据如表4所示。
                表4 1#砂浆泵的运行数据

                改造后,1#砂♀浆泵的节电率为:(320.3-256.3)/320.3=20.0%,该砂浆泵年运行时间按300天,每天运行24h。按0.5元/kW? h计算,年节省电费:
                (320.3-256.3)kW×24h×300d×0.5元/ kW? h =230400元。
                除了节能╳效果显著外,还具有以下效果:
                (1)维护量减少。采用变频调速后,大部分时间ξ里,泵的运行转速大大低于泵的额定转◥速。由于泵启动↓缓慢及转速的降低,减少了泵的零部件密封、轴承的磨损,相『应地延长了泵的寿命。
                (2)工作强度降低。改造后采∏用恒液位控制,就不用♂调节出口阀,操作工作由手动转变为自动、监控,完々全实现生产的无人操作,大大减轻了工人的劳动强度。
                (3)现场噪音大大降低,有效改善现场的运∮行环境,运行人员反映良好;便于实现泵机组控制系统自动化管理。
                8 结束语

                珲春紫金矿业有限公司1#砂浆泵变频器正式投产以来,不仅节约了大量电能,降低了▆运行成本;而且提高『了工作运行时间,为矿业公司正常生产提供了强有利的保障。在后续的㊣设备改造中,又采购了新风光的2台高压变频器。随着国家目前对节能减排工作力度空前加大,市场竞争的》加剧,企业通过各种方式降本增效,其中变频调速技术起到了重要的作用,变频调速已迎来成熟发展时期↘。