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高压变频器在巴基斯坦杜达矿弱电网中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-04-21   来源:新风光电子科技股份有限公司;华冶(巴基斯坦)杜达矿业有限公司   作者:孔令凯;刘丽敏;郭培彬;田焕年   浏览次数:8510
本文介绍了新风光电子科技股份有限公司高压变频器在华冶巴基斯坦杜达铅锌矿主扇风机的应用情况,改造表明,主扇风机变频改造保障了用户的正常生产,具有显著的经济效益。
1 用户情况


华冶杜达铅锌矿位于中巴经济走廊南段,巴基斯坦俾路支省南部的Lasbela地区的赛克杜—胡兹达尔铅锌成矿带上,属于硫化物型(PbS+ZnS+FeS2)矿床。该矿建有一座发电厂,发电厂装机容量为六台2000kVA柴油发电机,平时五用一备。现场生产,生活全部用电由发电厂提供,电网容量小,电网波动大,稳定性差。


矿距卡拉奇150公里,距瓜达尔港300公里,是巴基斯坦大型铅锌矿,资源量为1056万吨。项目由MCC与株冶集团、黄沙坪铅锌矿共同开发,ENFI承担全部设计工作,设计规模为处理矿石量66万吨/年,产品为锌精矿、铅精矿、硫精矿。采矿方法为充填法,采用集中抽出式通风系统。主扇风机技术参数如表1所示,电机参数如表2所示。

表1  主扇风机技术参数

序号

项目内容及名称

性能参数及描述

备注

1

主扇风机安装使用地点

巴基斯坦杜达铅锌矿回风斜井井口

 

2

风机型号

DK-8-№28

1台

3

装机功率,电压等级

N=2×450kW,6kV

 

4

矿井通风参数

Q1=155m3/s,Pst1=2884Pa Q2=155m3/s,Pst2=3025Pa

 

5

考虑漏风及压力损失后的通风参数

Q1=155×1.05=162.75m3/s,Pst1=2884×1.10=3172.40Pa Q2=155×1.05=162.75m3/s,Pst2=3025×1.10=3327.50Pa

6

最佳工况点设计

Q=160m3/s,Pst=3200Pa

 

7

叶轮直径

D=2800mm

 

8

叶轮额定转速

n=740r/min

f=50Hz

9

叶轮线速度

Vt=108.43m/s

 

10

额定工况的最大空气功率

Nk=541.55kW

2 台电机合计

11

额定工况的最大实耗功率

Nz=676.93kW

2 台电机合计

12

风机设计工况点的效率

ηst ≥80%

 

13

主扇风机反风设计

风机反转反风,反风量≥60%

 

14

出风口噪声

LA ≤85dB(A)

 

15

通风方式

抽出式通风

 

16

安装方式

地脚采用轴向滚轮式安装

 

 

表2主扇风机电机参数

型号

YF560M2-8P

额定电压(kV)

6

额定电流(A)

55.5

额定功率(kW)

450

额定频率(Hz)

50

功率因数

0.84

额定转速(rpm)

740

绝缘等级

F


2 主扇风机采用变频调速的好处

2.1节能明显

矿井通风设计过程中,有时候很难计算管网的阻力,通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选型的依据,但风机的型号和系列是有限的,往往选取不到合适的风机型号时就往上靠,一般裕度大于20%-30%。因此风机运行时,只有靠调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。风机机械特性为平方转矩特性,风机运行时,靠调节风门或者风道挡板的开度来调节风机风量的方法,称为节流调节。在节流调节过程中,风机固有特性不变,仅仅靠关小风门或挡板的开度,人为地增加管路的阻力,由此增大管路系统的损失,不利于风机的节能运行。采用变频调速控制装置,通过改变风机的转速,从而改变风机风量以适应生产工艺的需要。风机以调速控制方式运行能耗最省,综合效益最高。交流电机的调速方式有多种,变频调速是高效的最佳调速方案,它可以实现风机的无级调速,并可方便地组成闭环控制系统,实现恒压或恒流量的控制。

图1为所示为主扇风机风压-风量H-风量Q曲线特性图。

图1 主扇风机风压H-风量Q曲线特性图


N1为风机在额定转速运行时的特性,N2风机降速运行在N2转速时的特性,R1风机管路阻力最小时的阻力特性,R2风机管路阻力增大到某一数值时的阻力特性。


风机在管路特性曲线R1工作时,工况点为A,其流量压力分别为Q1、H1,此时风机所需的功率正比于H1与Q1的乘积,即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小风量到Q2实际上通过增加管网管阻,使风机的工作点移到R2上的B点,风压增大到H2,此时风机所需的功率正比H2与Q2的乘积,即正比于BH2OQ2的面积。显然风机所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单,但功率消耗大,不利于节能,是以高运行成本换取简单控制方式。


若采用变频调速,风机转速由N1下降到N2,这时工作点由A点移到C点,流量仍是Q2,压力由H1降到H3,这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积,即正比于CH3OQ2的面积,由图可见功率的减小是明显的。


目前该矿处于开采初期,生产量比较小,风量需要量小,风门开度仅仅60%左右,风机余量大,浪费非常严重。采用变频改造后,节能效果应该非常显著。


2.2保障生产正常进行


因该矿供电采用发电机组发电,电网容量小,属于弱电网,任何大的负载启动,会对电网造成冲击,影响电网的稳定,会引起矿上其他设备的欠压保护,影响矿山生产的正常进行,而采用变频器控制主扇风机后,可以对主扇风机软起软停,避免了对电网的冲击,从而保障了生产顺利进行。因此,必须采用变频器对主扇风机进行改造。


该矿领导经过慎重考虑对比,最终选择了新风光电子科技股份有限公司生产的JD-BP37-450F型(450kW/6kW)高压变频器(2台)对主扇风机进行改造,改造达到了预期目的。


3 风光JD-BP37系列高压变频系统技术特点


新风光电子科技股份有限公司是国家高新技术企业,生产的风光牌JD-BP37系列高压变频器荣获“中国名牌”称号,该产品以高速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。


3.1 JD-BP37-450F高压变频器技术指标


JD-BP37-450F高压变频器技术指标如表3所示。

 表3  JD-BP37-450F 高压变频器主要技术指标

变频器容量(kW)

450

模拟量输入

0~5V/4~20mA,任意设定

适配电机功率(kW)

450

模拟量输出

两路0~5V/4~20mA可选

额定输出电流(A)

55

加减速时间

1~6000s

输入频率(Hz)

45~55

开关量输入输出

可按用户要求扩展

对电网电压波动的敏感性

-35%~+15%

运行环境温度

-10~40℃

输入功率因数

>0.95(>20%负载)

贮存/运输温度

-20~70℃

变频器效率

额定负载下>0.96

冷却方式

强迫风冷

输出频率范围(Hz)

0~120

环境湿度

<90%,无凝结

输出变频分辨率(Hz)

0.01

安装海拔高度

<1000m,高海拔降额使用

过载能力

105%连续,150%允许1分钟

防护等级

IP20

 

4变频改造回路


4.1变频改造主回路


该矿主扇风机采用新风光JD-BP37-450F高压变频器2台分别控制主扇风机的一级、二级风机,采用一拖一控制,以其中一级风机控制为例说明如下。


改造主回路如图2所示,旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸,以便在变频器退出而电机运行于旁路时,能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。


旁路柜主要配置:三个真空接触器(KM1、KM2、KM3)和两个刀闸隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁,当KM1、KM2闭合,KM3断开时,一级风机变频运行;当KM1、KM2断开,KM3闭合时,一级风机工频运行。另外,KM1闭合时,K1操作手柄被锁死,不能操作;KM2闭合时,K2操作手柄被锁死,不能操作。


一级风机工频运行时,若需对变频器进行故障处理或维护,切记在KM1、KM2分闸状态下,将隔离刀闸K1和K2断开。


合闸闭锁:将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时,真空接触器KM1、KM2合闸不允许;在KM1、KM2合闸状态下,若变频器出现故障,则“合闸允许”断开,KM1、KM2跳闸,分断变频器高压输入电源。


如变频器发生隐患,变频器发送“变频器报警”信号至DCS,此时变频器继续运行,检修人员可到本地根据变频器报警信号的信息排除隐患。

 

图2  主扇一级风机旁路柜原理图


4.2 控制回路


采用外部模拟信号控制变频器输出频率(变频器作为DCS的执行机构),如果发生模拟信号掉线或短路时,变频器可以提供报警信号,同时保持原有输出频率不变。变频器控制电源可接收交流220V和直流220V输入,并配备有UPS,在控制电源发生故障时可以继续运行,同时提供报警。


高压变频器与DCS系统有完备的各种接口,其控制部分由高速单片机、人机界面和PLC共同构成。单片机实现PWM控制和功率单元的保护。人机界面提供友好的全中文监控界面,同时可以实现远程监控和网络化控制。与DCS系统之间的信号总共16个,其中DCS系统与高压变频器之间的信号开关量有7个,模拟量有3个,共有10个;DCS系统与旁路柜之间的信号共有6个,均开关量信号。高压变频器与DCS系统接口如表4所示。

表4  变频器与与DCS系统接口

序号

性质

DCS侧名称

接口名称

备注

1

AO

模拟给定

DCS系统与高压变频器

4-20 mA

2

DO

复位信号

DCS系统与高压变频器

 

3

DO

起动信号

DCS系统与高压变频器

 

4

DO

停止信号

DCS系统与高压变频器

 

5

AI

频率输出

DCS系统与高压变频器

4-20mA(0-50Hz)

6

AI

电流输出

DCS系统与高压变频器

4-20mA(0-1.5 Ie)

7

DI

待机信号

DCS系统与高压变频器

高压就绪

8

DI

重故障信号

DCS系统与高压变频器

 

9

DI

轻故障信号

DCS系统与高压变频器

含重故障

10

DI

运行信号

DCS系统与高压变频器

变频投入状态

11

DI

变频运行

DCS系统与旁路柜

工频投入状态

12

DI

工频运行

DCS系统与旁路柜

自动旁路柜门打开上传此信号

13

DI

旁路柜门打开

DCS系统与旁路柜

远程控制旁路柜KM3合闸

14

DO

工频合闸

DCS系统与旁路柜

远程控制变频器KM1、KM2合闸

15

DO

变频合闸

DCS系统与旁路柜

远程控制旁路柜KM1、KM2或KM3分闸

16

DO

分闸指令

DCS系统与旁路柜

变频投入状态


5 节能效果


2018年5月初,主扇风机变频改造后,设备一次性投运成功,至今运行正常。主扇风机变频改造后,风机启动时,缓慢加速,运行平稳,主扇风机对工厂电网系统无冲击,风量可任意调节,保障了生产的正常进行,达到了预期目的。


为比较变速调节和工频运行两种状态下,主扇风机的节能效果,于2018年7月11日至7月24日,主扇风机工频、变频分别运行一周时间,对工频、变频状态的电耗进行统计,如表5所示。

表5  工频变频数据对比

项目

工频运行

变频运行

风压(MPA)

0.28

0.26

流量(m3/s)

160

150m3/s

风门开度

60%

100%

频率(Hz)

50

40

耗电(kW·h)

110582.1

77286.3

 


变频比工频每小时节电:(110582 .1kW·h -77286.3kW·h)÷7d÷24h=198.2 kW


按每天24h,全年运行300天运行计算,则全年节能计算如下:


主扇风机变频器全年节电量;198.2 kW×7200h=1427040 kW·h


按照现场柴油发电成本约为1元,全年可节省142万元左右,经济效益十分显著。


6 结束语


随着“一带一路”经济带的推进,沿线很多项目现场都采用弱电网(发电机组)供电,发电成本特别高,因此大负载的无扰启停和节能控制成为必须认真研究的一件大事。对矿山高能耗用电设备如主扇风机、卷扬机等采用高压变频器,不仅能降低供电成本,带来显著的直接经济效益,更重要的是保障了设备和弱电网系统的安全可靠性,减少了机组故障。新风光高压变频器性能优异,性价比高,在野外矿山弱电网中有着广阔的推广空间。

 
 
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