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技術 | 能量回饋系統在石灰石皮帶輸送系統中的應用

來源:《雲南壯山實業股份有限公司、施耐德電氣(中國)有限公司》 發布日期:2019/9/10 編輯:徐展迪
核心提示:能量回饋系統在石灰石皮帶輸送系統中的應用

水泥生産原料中,石灰石的占比最大,設計之初,其運輸系統是考慮的重點之一。對于來自高位礦山的石灰石,如果通過皮帶運輸送至低位廠區,存在着下運皮帶飛車現象以及皮帶滾筒磨損嚴重。如果采用能耗制動,大量的電能消耗在制動電阻上,造成了嚴重的能源浪費,同時電阻器的安裝需要占用大量空間;且控制系統複雜,故障率高,接觸器、電阻器、電機碳刷容易損壞,維護工作量很大,直接影響了生産效率。


有多條水泥生産線礦山選用能量回饋系統。DZ、GDHL以及GDHL水泥有限責任公司AFE能量回饋系統的應用又是一個成功的案例。盡管能量回饋系統的選用增加了工程建設初期投資,但後期實現了持續的低成本運行,既節省了檢修和維護費用,又實現了勢能的充分利用,節約了外購能源。


DZ水泥有限責任公司擁有2×5000t/d的熟料生産線,所有石灰石原料來自6.5km外的礦山,通過3段皮帶輸送到廠區,頭部和尾部皮帶地勢平緩,采用常規的控制驅動皮帶電機;其中段皮帶長度900m,坡度35°業主為了很好地利用石灰石下行運輸的過程将其勢能轉換成電能,經多方比較,選擇了AFE能量回饋系統。本文就AFE能量回饋系統的技術特點及其在石灰石皮帶輸送系統中的應用效果進行介紹。


1 AFE能量回饋系統的組成與技術特點


1.1 AFE系統組成


AFE能量回饋系統由控制主開關、線路電抗器LFC、線路濾波模塊LFM、能量回饋AIC和變頻器INV組成,見圖1。

1.2 AFE的技術特點


從結構上看,AFE(Active Front End)整流/回饋單元由于采用了IGBT功率元件,它相當于一個逆變器,不同的是其輸入為交流,輸出為直流。因為它位于電源進線側,所以被稱為前端,flPFrontEnd。其主動的含義在于,與傳統的二極管或可控制矽整流技術相比,主動前端不再是被動地将交流轉變成直流,而是具備了很多主動的控制功能。它不僅能消除高次諧波,提高功率因數,而且不受電網波動的影響,動态特性好AFE整流單元從電網吸取正弦波交流,經整流後輸出直流電壓,并保持所要求的電壓值。各次諧波由濾波電路删除。


AFE的技術特點主要表現在以下方面:

(1)AFE變流器是随着全控式開關器件(例如IGBT)的實用化而發展起來的斬控式可逆變流器。系統的交一直環節與直一交環節的結構完全相同,均采用正弦脈寬調制模式(SPWM)。其控制結構包括直流母線電壓的電壓調節器、提供變頻器系統輸入電流瞬時值指令模式信号的功率因數調節器、與電流模式信号成正比的控制輸入電流的調節器,以及對變流器交流輸入電壓進行斬波控制的SPMW控制器。

(2)AFE變流器能将直流母線電壓保持在恒定的給定值上。它既可以作為整流器工作,也可作用逆變器工作,為電源側的四象限運行。由于采用了自關斷器件IGBT,通過恰當的SPWM模式,可對交流電流的大小和相位進行控制,并通過前端的各濾波、儲能環節使交流輸入電流接近正弦波。并且功率因數以1為中點而正負可調。在電機側的制動能量通過逆變器返回而使直流母線電壓升高時,可以使交流輸入電流的相位與電源電壓相位相反,實現再生發電運行,并将再生功率回饋到交流電網去,這時斬控整流器工作在有源逆變狀态。

(3)AFE整流/逆變器為新一代交一直流環節。它采用自關斷器件IGBT作為功率器件,并且采用正弦波的脈寬調制技術,從而避免了可控矽類功率元件的整流/回饋單元。由于電網側故障而容易發生的逆變颠覆的弊端,使AC—DC環節的可靠性大幅度提高。

(4)由于AFE整流/逆變器前端的電壓與電流波形均已濾波成正弦波形,電壓與電流正弦波形間的相位差角可以按需要在一定範圍内設定,因此功率因數可調。它甚至可以對供電系統進行有源的功率因數補償

(5)由于直流母線電壓可在一定範圍内設定,設定值即為穩壓值,故AFE整流器抵抗電源電壓偏低的能力很強,特别适合于供電電壓長期偏低的情況作用。

(6)AFE整流/逆變器前端部分的開關與濾波、儲能元件安裝要求較高,其前端集成了正弦波的電壓/電流濾波器。但需注意,AFE前端模塊的接地結構對IT電網與TT/TN電網而言是不同的,錯用會引起問題。

(7)AFE為四象限運行的整流/回饋單元,由于采用SPWM方式,與可控矽的整流/回饋單元的工作原理完全不同。它在回饋運行時不必有自耦變壓器配合。


以上技術特點決定了AFE無諧波污染,保持cosa=1,具有電流管理功能(LCM),無換相失敗,即使在電網極不穩定的情況下,電壓控制器仍能維持恒定的直流環節電壓。


2.選型


在DZ水泥有限責任公司礦山中段900m皮帶、坡度35°的輸送皮帶的系統設計中,采用690V供電系統,選用了一個進線斷路器,選擇了兩台LFM模塊VW3A7264,兩台LFC模塊VW3A7269,一台AIC單元VW3A7276,一台變頻器ATV71HC50Y組成礦山中段長皮帶的AFE能量回饋系統。


3.調試與維護


3.1調試


在前期調試過程中,啟動時,INV32作驅動電機,随着皮帶上料層增加,皮帶的運行速度加快,AFE就進入發電狀态,所産生的電能直接回饋電網。由于采用了LFM和LFC,電能無擾回饋。調試的重點是預防下坡皮帶飛車運行,必須按照施耐德的調試流程和業主的安全規程按部就班。AFE參數設置的重點是AIC的額定電壓值要低于INV的額定電壓值,AFE能量回饋系統設置的參數見表1。

3.2維護


DZ水泥有限責任公司AFE能量回饋系統已經運行了8年,滿負荷時的發電量約為每小時162.5 kWh。在8年多的運行過程中,出現過一次變壓器炸機導緻AIC IGBT炸裂以及LFC過熱老化,維修好之後,出現AIC控制闆和INV控制闆不匹配,偶爾電流運行不穩定,導緻變壓器跳閘,重新匹配版本之後,運行穩定。另外在更換AIC控制闆之後,一定要在外部PA+和PC一之間通一個合适的直流電壓,然後在AIC參數6.1.2裡面輸入10001,恢複出廠設置,才能識别出AIC版本,否則就會報MCl故障。


另外,AFE能,量回饋系統正常生産中,同樣要防止飛車事故。我們的經驗是:輸送皮帶滾筒磨損到一定程度要及時更換;在坡度更大的生産線上,出現飛車可通過在電機尾部增加旋轉編碼器解決。


4.結束語


自都江堰拉法基水泥廠一期礦山膠帶輸送系統1号皮帶實現發電運行以來,我國水泥企業已有多條水泥生産線礦山選用能量回饋系統。DZ、GDHL以及GDHL水泥有限責任公司AFE能量回饋系統的應用又是一個成功的案例。盡管能量回饋系統的選用增加了工程建設初期投資,但後期實現了持續的低成本運行,既節省了檢修和維護費用,又實現了勢能的充分利用,節約了外購能源。


來源:《臨澧冀東水泥有限公司》


作者:桂許君


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