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风机高压变频改造及集控系统解决方案

▎系统简介

当前,部分用于烧结机尾除尘的10KV除尘风机的风机传动系统通过调节风机入口风门的开度来调节风量,电动机恒速运行。该方法存在着很大的弊端和局限:

1)通过入口风门调节风量,把风量消耗在挡风板上,造成能量损耗;

2)风门挡风板采用电动执行机构驱动,但须人工现场设定风门开口度,使用不便;

3)风门挡风板调节风量造成挡风板前后压差大,风门易磨损;

4)电动机全速运行,振动大、噪声大、损耗大、轴承磨损严重;

5)电动机启动电流大,影响电网稳定。

考虑上述因素,我们对其进行了高压变频高速节能改造,改造后的系统高速精度大提高,降低了设备的运行和维护费用,延长了电动机等设备的使用寿命,最终达到了降耗增效的目的。

▎系统节能原理

根据风机学原理,在风机类负载的变风量、变压力的运行状况中,风量、风压和消耗的能量之间有下面的关系:

1)风机风量和电动机转速成正比,即

2)风压风压和电动机转速的平方成正比,即

3)风机消耗的轴功率跟电动机转速的立方成正比,即

上述式中,Q1、Q2为风机风量;H1、H2为风机风压;P1、P2为风机消耗的轴功率;n1、n2为风机转速。

根据电机学原理,电动机转速公式为:

式中,n为电动机转速;f为电动机输入频率;s为电动机转差率;P为电动机磁极对数。当系统采用变频调节时,直接通过改变电动机输入频率来改变电动机的转速,以满足不同工况的需求。由于电动机消耗的能量与转速呈立方关系下降,因此采用变频调速的节电效果非常显著。变频调速方式的调速范围宽,线性度好,其本身的电子损耗低,因而无论在轻载还是满载都有很高的效率。通过实践统计,风机类负载通过调速控制可节能20%~50%,有些风机节能比例可达60%以上。

▎系统组成

鉴于高压变频器在风机类负载节能应用中的突出优势,采用高压变频调速系统对风机进行变频改造。高压变频调速系统由旁路柜、变压器柜、功率柜、控制柜和现场操作箱构成,如下图:

▎系统功能

1)工频/变频手动切换,在分闸状态下,用户可手动切换系统的工频或变频工作状态。当变频器出现故障时,用户可将系统切换至工频状态,风机在50Hz下全速运行,通过调节风门挡板的开口度来调节风量,从而保证系统的连续运行。

2)预充电功能,接通总电源瞬间,变频器上滤波电容两端电压为0V,若不对滤波电容进行限流预充电,大的冲击电流可能烧坏保险和整流桥等,因此在系统合闸之前必须对变频器电容进行预充电,以减小冲击电流。本系统采用的移相变压器除输出24路722V功率模块三相电源外,还有一个380V辅助绕组。系统接通380V控制电源并准备就绪后,用户操作合闸按钮,变频器自动启动预充电过程,由变压器的380V辅助绕组激励出的24路722V三相电源为各个功率单元模块的电容进行预充电,直到模块直流母线电压超过800V,预充电过程结束,系统自动合闸,接入10KV高压。

3)完善的保护功能

a、变频器自身保护。变频器每个功率单元模块输出端并联旁路电路,当某个功率模块发生故障时,封锁对应功率单元IGBT的触发信号,切换至模块旁路,保证变频器不停机。为保证三相输出电压对称,在旁路故障功率模块的同时,对应的另外两相的两个功率模块也同时切换至旁路运行。此外,变频器设有过压、过流、欠压、缺相、过载、过热等保护功能。

b、变压器过热保护。变压器装置内设有Pt100温度传感器,在系统运行过程中,若变压器内绕组温度超过150℃,则系统自动跳闸,切断10KV高压。

c、门限开关保护。系统运行过程中,除控制柜柜门可以打开外,旁路柜、变压器柜和功率柜的柜门均应处于关闭状态,以确保人身安全。带电打开柜门也将导致高压跳闸。

▎系统优点

1)运行稳定,安全可靠。

2)节能效果显著。

3)延长了设备寿命,减少了噪声污染。

4)网侧功率因数得到改善。

5)保护功能完善。

6)降低劳动强度。

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