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高压变频器在铜矿砂浆泵上的应用(-2)

2016-06-30 17:20:00
Application of High Voltage Inverter on Copper Mortar Pump
                                      珲春紫金矿业有限公司  景文起
                                                             Jing Wenqi
新风光电子科技股份有限公司  胡令芝  王鹏
Hu Lingzhi  Wang Peng

 
摘  要:本文介绍了风光牌高压变频器在珲春紫金矿业有限公司砂浆泵上的应用情况。结果表明,采用高压变频器对砂浆泵设备进行调速节能改造,具有良好的经济效益和社会效益。
关键词:高压变频器  砂浆泵  液力耦合器  节能  
Abstract: This paper introduces the Fengguang brand high-voltage inverter in Hunchun Zijin Mining Co., the application of slurry pump. The results show that the high-voltage inverter for slurry pump speed energy-saving equipment, with good economic and social benefits.
Key words: High voltage inverter  Slurry pump  Energy saving  Application
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

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3.2浆泵参数如表2所示。
表2  渣浆泵参数


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4 风光JD-BP38系列高压变频系统技术特点
2007年9月,风光牌JD-BP38系列高压变频器荣获“中国名牌”称号,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


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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。

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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


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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。
参考文献
新风光电子使用手册[Z] 新风光电子科技股份有限公司。

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