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水泥生产线AFE能量回馈系统组成技术特点及选用《资讯》

发布时间:2020-08-17 12:03:47 阅读: 来源:伺服阀厂家

2019-04-12 16:03:07来源:中国水泥备件网

水泥生产原料中,石灰石的占比最大,设计之初,其运输系统是考虑的重点之一。对于来自高位矿山的石灰石,如果通过皮带运输送至低位厂区,存在着下运皮带飞车现象以及皮带滚筒磨损严重。如果采用能耗制动,大量的电能消耗在制动电阻上,造成了严重的能源浪费,同时电阻器的安装需要占用大量空间;且控制系统复杂,故障率高,接触器、电阻器、电机碳刷容易损坏,维护工作量很大,直接影响了生产效率。

有多条水泥生产线矿山选用能量回馈系统。DZ、GDHL以及GDHL水泥有限责任公司AFE能量回馈系统的应用又是一个成功的案例。尽管能量回馈系统的选用增加了工程建设初期投资,但后期实现了持续的低成本运行,既节省了检修和维护费用,又实现了势能的充分利用,节约了外购能源。

DZ水泥有限责任公司拥有2×5000t/d的熟料生产线,所有石灰石原料来自6.5km外的矿山,通过3段皮带输送到厂区,头部和尾部皮带地势平缓,采用常规的控制驱动皮带电机;其中段皮带长度900m,坡度35°业主为了很好地利用石灰石下行运输的过程将其势能转换成电能,经多方比较,选择了AFE能量回馈系统。本文就AFE能量回馈系统的技术特点及其在石灰石皮带输送系统中的应用效果进行介绍。

1 AFE能量回馈系统的组成与技术特点

1.1 AFE系统组成

AFE能量回馈系统由控制主开关、线路电抗器LFC、线路滤波模块LFM、能量回馈AIC和变频器INV组成,见图1。

1.2 AFE的技术特点

从结构上看,AFE(Active Front End)整流/回馈单元由于采用了IGBT功率元件,它相当于一个逆变器,不同的是其输入为交流,输出为直流。因为它位于电源进线侧,所以被称为前端,flPFrontEnd。其主动的含义在于,与传统的二极管或可控制硅整流技术相比,主动前端不再是被动地将交流转变成直流,而是具备了很多主动的控制功能。它不仅能消除高次谐波,提高功率因数,而且不受电网波动的影响,动态特性好。AFE整流单元从电网吸取正弦波交流,经整流后输出直流电压,并保持所要求的电压值。各次谐波由滤波电路删除。

AFE的技术特点主要表现在以下方面:

(1)AFE变流器是随着全控式开关器件(例如IGBT)的实用化而发展起来的斩控式可逆变流器。系统的交一直环节与直一交环节的结构完全相同,均采用正弦脉宽调制模式(SPWM)。其控制结构包括直流母线电压的电压调节器、提供变频器系统输入电流瞬时值指令模式信号的功率因数调节器、与电流模式信号成正比的控制输入电流的调节器,以及对变流器交流输入电压进行斩波控制的SPMW控制器。

(2)AFE变流器能将直流母线电压保持在恒定的给定值上。它既可以作为整流器工作,也可作用逆变器工作,为电源侧的四象限运行。由于采用了自关断器件IGBT,通过恰当的SPWM模式,可对交流电流的大小和相位进行控制,并通过前端的各滤波、储能环节使交流输入电流接近正弦波。并且功率因数以1为中点而正负可调。在电机侧的制动能量通过逆变器返回而使直流母线电压升高时,可以使交流输入电流的相位与电源电压相位相反,实现再生发电运行,并将再生功率回馈到交流电网去,这时斩控整流器工作在有源逆变状态。

(3)AFE整流/逆变器为新一代交一直流环节。它采用自关断器件IGBT作为功率器件,并且采用正弦波的脉宽调制技术,从而避免了可控硅类功率元件的整流/回馈单元。由于电网侧故障而容易发生的逆变颠覆的弊端,使AC—DC环节的可靠性大幅度提高。

(4)由于AFE整流/逆变器前端的电压与电流波形均已滤波成正弦波形,电压与电流正弦波形间的相位差角可以按需要在一定范围内设定,因此功率因数可调。它甚至可以对供电系统进行有源的功率因数补偿。

(5)由于直流母线电压可在一定范围内设定,设定值即为稳压值,故AFE整流器抵抗电源电压偏低的能力很强,特别适合于供电电压长期偏低的情况作用。

(6)AFE整流/逆变器前端部分的开关与滤波、储能元件安装要求较高,其前端集成了正弦波的电压/电流滤波器。但需注意,AFE前端模块的接地结构对IT电网与TT/TN电网而言是不同的,错用会引起问题。

(7)AFE为四象限运行的整流/回馈单元,由于采用SPWM方式,与可控硅的整流/回馈单元的工作原理完全不同。它在回馈运行时不必有自耦变压器配合。

以上技术特点决定了AFE无谐波污染,保持cosa=1,具有电流管理功能(LCM),无换相失败,即使在电网极不稳定的情况下,电压控制器仍能维持恒定的直流环节电压。

2.选型

在DZ水泥有限责任公司矿山中段900m皮带、坡度35°的输送皮带的系统设计中,采用690V供电系统,选用了一个进线断路器,选择了两台LFM模块VW3A7264,两台LFC模块VW3A7269,一台AIC单元VW3A7276,一台变频器ATV71HC50Y组成矿山中段长皮带的AFE能量回馈系统。

3.调试与维护

3.1调试

在前期调试过程中,启动时,INV32作驱动电机,随着皮带上料层增加,皮带的运行速度加快,AFE就进入发电状态,所产生的电能直接回馈电网。由于采用了LFM和LFC,电能无扰回馈。调试的重点是预防下坡皮带飞车运行,必须按照施耐德的调试流程和业主的安全规程按部就班。AFE参数设置的重点是AIC的额定电压值要低于INV的额定电压值,AFE能量回馈系统设置的参数见表1。

表1DZ水泥有限责任公司AFE能量回馈系统参数设置

3.2维护

DZ水泥有限责任公司AFE能量回馈系统已经运行了8年,满负荷时的发电量约为每小时162.5 kWh。在8年多的运行过程中,出现过一次变压器炸机导致AIC IGBT炸裂以及LFC过热老化,维修好之后,出现AIC控制板和INV控制板不匹配,偶尔电流运行不稳定,导致变压器跳闸,重新匹配版本之后,运行稳定。另外在更换AIC控制板之后,一定要在外部PA+和PC一之间通一个合适的直流电压,然后在AIC参数6.1.2里面输入10001,恢复出厂设置,才能识别出AIC版本,否则就会报MCl故障。

另外,AFE能,量回馈系统正常生产中,同样要防止飞车事故。我们的经验是:输送皮带滚筒磨损到一定程度要及时更换;在坡度更大的生产线上,出现飞车可通过在电机尾部增加旋转编码器解决。

4.结束语

自都江堰拉法基水泥厂一期矿山胶带输送系统1号皮带实现发电运行以来,我国水泥企业已有多条水泥生产线矿山选用能量回馈系统。DZ、GDHL以及GDHL水泥有限责任公司AFE能量回馈系统的应用又是一个成功的案例。尽管能量回馈系统的选用增加了工程建设初期投资,但后期实现了持续的低成本运行,既节省了检修和维护费用,又实现了势能的充分利用,节约了外购能源。

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