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國產超大容量高壓變頻調速系統在首鋼京唐鋼鐵公司球團廠大功率風機上的應用

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時間: 2016-05-23

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1、引言

節約能源是我國的基本國策,中國鋼鐵協會提出2010行業的節能減排目標:單位產品能耗在2005年基礎上降低6%~8%,其中噸鋼綜合能耗降低到680~700千克標煤/噸,噸鋼可比能耗降低到660~670千克標煤/噸;噸鋼耗新水降到6.02噸;主要污染物排放指標總量下降10%。協會提倡節能減排主要途徑包括提高節能技術、淘汰落后裝備等。電動機系統節能被列入國家“十一五期間重點推廣的十大節能項目”,變頻調速技術也是鋼鐵行業電機系統節能實現節能減排的重要技術手段,國產高壓變頻技術與產品的日漸成熟,繼中小功率產品市場由國產產品占領主要市場之后,在之前一直由國外產品壟斷的大功率產品市場也出現逐漸由國產產品參與競爭,相信隨著國家節能市場逐漸成熟,國產產品將持續不斷擴展其應用市場。

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2、首鋼京唐鋼鐵及項目介紹

首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司,是由首鋼總公司聯合唐山鋼鐵集團有限責任公司共同發起,雙方分別占股份的51%和49%。于2005年10月9日注冊成立,首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司鋼鐵廠項目是國家“十一五”規劃綱要的重點工程。

首鋼京唐鋼鐵球團工程,由首鋼國際工程公司設計,于2008年3月26日破土動工,年產400萬噸球團,設計年產鐵898萬噸、鋼970萬噸、鋼材913萬噸。是目前國內單機生產能力最大,自動化水平最高的球團生產線,其主要生產車間包括熔燃制備系統、配混系統、造球系統、工藝風機系統、焙燒系統、成品系統等。工藝風機系統五臺大功率風機為主引風機、回熱風機、鼓干冷卻風機、鼓干鼓風機、鼓干排風機。為保證工藝風流系統的節能降耗和與控制系統的配合實現系統平穩運行,2009年7月首鋼京唐鋼鐵公司鋼鐵廠選擇與智光電氣進行合作,對其球團工程項目的五大風機系統中的:選用智光ZINVERT系列的A10H8000、A10H7500、A9H5000、A9H3250、A9H900的10kV高壓變頻調速系統。其中主引風機6400kW(8000kVA)、回熱風機6000kW(7500kVA)作為超大功率變頻,具備自動工頻/變頻同期無擾切換功能,采用二拖二自動控制技術,保證兩臺變頻之間實現相互備用,從而保證系統與負荷風機的安全啟動與穩定運行。

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3、負載及變頻設計方案介紹

3.1變頻負載電機參數:

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載類型

電動機

型號

功率

(kW)

額定電流(A)

額定轉速

(rpm)

電機

效率

功率

因數

啟動電

流倍數

變頻容量

(kVA)

主引風機

YPTKS1120-8

6400

435

415-743

95.6%

0.84

6.5

8000

回風機

YPTKS-6P

6000

393

996

96.2%

0.86

6

7500

冷卻鼓風機

YPTKS1000-8

4000

274

452-743

95.2%

0.84

6.5

5000

鼓干鼓風機

YPTKS-6P

2600

177

994

95%

0.85

6.5

3250

鼓干排風機

YPTKK560-8

650

48

220-743

93.5%

0.8

6.5

900

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3.2工程應用變頻系統特殊要求及方案介紹

3.2.1變頻互為備用實現變頻/工頻無擾切換控制

控制系統要求6400kW的主引風機和6000kW的回熱風機變頻調速系統互為備用, 4000kW冷卻鼓風機和2600kW鼓干鼓風機的變頻調速系統互為啟動設備備用,即在互為備用的兩臺變頻器中,當一臺故障時另一臺的變頻系統作為軟啟動設備啟動故障變頻器所帶的電機,將風機拖動至工頻,采用同期技術,實現變頻至工頻無擾切換。

由于互為備用的變頻系統的容量差異,鼓干鼓風機適配變頻裝置啟動冷卻鼓風機、回熱風機適配變頻裝置啟動主抽風機時,須關小風門降低負載避免變頻系統的過載保護從而保證變頻裝置可拖動風機運行至50Hz運行。與一般風機負載變頻調速相比,這對該變頻系統與控制系統、變頻輸出低頻啟動性能等提出較高的要求。

下面以主引風機、回熱風機的采用控制的一次原理圖

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國產超大容量高壓變頻調速系統在首鋼京唐鋼鐵公司球團廠大功率風機上的應用

其中,1#ZINVERT為6400kW主引風機適配高壓變頻器(ZINVERT-A10H8000/10Y),2#ZINVERT為6000kW回熱風機適配高壓變頻器(ZINVERT-A10H7500/10Y)。QF1、QF2、QF3、QF4為用戶高壓開關斷路器, L1、L2為變頻電源與工頻電源同時拖動一臺電機時的同期限流電抗器,QF5、QF6、QF7、QF8為變頻裝置配套開關柜。其中QF5、QF6之間互鎖,QF7、QF8之間互鎖。

3.2.2超大功率變頻系統環境制冷的空水冷熱交換

高壓變頻調速統主要功率部件為移相隔離變壓器和大功率高頻電力電子元件,智光電氣Zinvert系統的運行效率約97%、因此約3%的功率基本以發熱形式消耗;同時運行環境的溫度影響系統運行的穩定性及功率元件的使用壽命,因此為了使變頻器能長期穩定和可靠地運行,Zinvert系統對安裝環境溫度要求為-15℃至+45℃。

本項目中5套風機的變頻調速系統的容量合計達24.65MVA,拖動電機功率達19.65MW,采用集中安裝,即便運行功率小于安裝容量,但系統的發熱量還是巨大的,為確保系統的壽命與安全穩定、減小設備維護量,智光電氣為本工程配套設計采用密閉內循環、空氣-水熱交換冷卻系統,保證運行環境溫度。空氣-水熱交換冷卻系統(主要部件為空-水熱交換器)是一種利用高效、環保、節能的冷卻系統,將從變頻器出來的熱風,經過風道連接到內有固定水冷管的散熱器中,散熱器中通過溫度低于33℃的冷水,熱風經過散熱片后,將熱量傳遞給冷水,變成冷風從散熱片吹出,熱量被循環冷卻水帶走,保證了變頻器安裝場所室內的溫度恒定。根據現場設計采用獨特的封閉天花頂式風道設計,確保了降低風道風阻與空水熱交換系統的冷卻效果。

國產超大容量高壓變頻調速系統在首鋼京唐鋼鐵公司球團廠大功率風機上的應用

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4、工程項目實施及改造效果

本項目7臺高壓變頻(除風機變頻外,還包括另外2臺負載為輥壓機)設備,于2009年10月在智光電氣公司制造中心內全部通過滿負荷出廠試驗,并完成轉速追蹤、各類控制保護功能、頻率調節特性試驗以及工頻/變頻同期自動切換、二拖二自動相互切換等特殊試驗;于2009年11月到達現場,在首鋼甲方與設計、調試等相關方面支持配合下,智光電氣公司的首鋼工程項目組完成變頻系統及空水冷系統的安裝;根據球團廠整體建設進度要求,五大風機系統的變頻于2010年7月初完成現場安裝,7月底完成系統高壓帶載及各項功能試驗。

2010年8月8日,首鋼京唐公司球團工程項目熱負荷試車一次成功,進入試生產階段。由我司提供的五大風機系統變頻也投入試運行(運行數據見表2)。水冷散熱器投入后,保證了變頻器在45HZ運行時,環境溫度不超過35度(水冷器運行數據見附表3)。經過一個月的試運行,現已進行正常生產,目前設備運行穩定,各項數據指標正常,確保了首鋼工程進度和質量,也取得了非常好的經濟和社會效益。

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5、結語

首鋼京唐鋼鐵公司球團工程的順利投產,標志著首鋼京唐鋼鐵廠又一重點工程項目建設完成。

從2008年10月7000kVA級超大容量高壓變頻調速系統一次性通過國家電控配電設備質量監督檢驗中心的監督試驗,到2008年底10000kVA級超大容量高壓變頻調速系統的成功研制,再到首鋼8000kVA、7500kVA級超大容量高壓高壓變頻調速系統的現場成功投入運行,智光電氣超大容量高壓變頻調速系統應用又向前邁進了堅實的一步。智光電氣現已取得多臺7000kVA、8000kVA、10000kVA、12500kVA超大容量高壓變頻調速系統的良好業績,并陸續投入應用。智光電氣已在國產超大容量高壓變頻超大容量制造和應用領域處于領先地位,已成為國產最大容量規模并能夠提供成套設備與保證安全穩定技術解決方案的高壓變頻產品的一個重要的代表廠家。

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