变频调速技术在选煤厂入料泵上的应用.pdf

2 0 0 9 年第5 期 总第5 6 期 矽参觳漾与午钍 S H A N X IE N E R G YA N DC O N S E R V A T J O N2 0 0 9 年1 0 月 ；⋯“。 篓工作研究 ；F一描 变频调速技术在选煤厂入料泵上的应用 郭建斌 阳泉煤业集团有限责任公司二矿，山西阳泉0 4 5 0 0 0 摘 要 叙述了阳堞集团二矿选煤厂选用变频器对压滤机入料泵进行改造的作法。认为，刺用变频器可以通过改 变频率调节流量，降低电耗，提高了设备的使用寿命，节约维修量和费用。 关键词变额器；频率；节能 中图分类号 T M 3 0 1 文献标识码A文章编号1 6 7 4 3 9 9 7 2 0 0 9 0 5 ．0 0 2 9 ．0 2 P r a c t i c i n gF r e q u e n c yC o n V e r s i o ni nC o a l - F e e d i n gP u m pi nP o w e rP l a n t G U OJ i a n ．B i n S e c o n dC o a IM i 舱o fy a n g q u a nC o a IG r o u pC o ．，L T D ，S h a n x iy a n g q u 绷0 4 5 0 0 0 ，C h i n a A b s t 憎c t T h i sp a p e r 。u t l i n e sr e c e n tp r a c t i c e si nr e f o r m i n gt h eo uc o a I - f e e d i n gm e t h o dw i t hf r e q u e n c yc 。n v e r s i o nm e t h o di n t h es e c o n dm i n eo fY a n g M c iG r o u p ．T h e ∞n v e r s i o nm e t h o dc a nc h a n g et h ef r e q u 即c yt 。a d j L l S tt h ee l e c t r i c i t yf l o w ，t or e - d u c ep o w 盯w 船t e ，a n dt oi m p r o v et h e 驼r 、，i c el i f eo fe q u i p m e | 1 t ，a n dt or e d u c em a i n t e n a n c ec o s t ． K 七yw o r d s f r e q u e n c yc o n t m l l e r ；f r e q u e n c y ；e n e r g y 黯v i n g 0引言 压滤机的入料方式是影响其工作效率的重要因 素。就一般情况而言，给料压力越大，压滤机脱水效 率越高。但仅仅提高给料压力虽然能缩短脱水时 间，却增加了压滤机的事故率，反而会影响压滤机的 工作效率。通过应用变频调速技术控制给料泵转速 来调节给料压力，是实现变压给料的先进方法。 阳煤集团二矿选煤厂压滤机人料泵和浓缩机底 流泵长期以来一直采用电机额定功率全速运行，物 料的流量和压力靠调节闸板来控制，不仅能耗大而 且泵体闸板、管道机械磨损严重，维修费用高。针对 这种情况，对二矿选煤厂4 台压滤机人料泵 设备编 号8 4 l 、8 4 2 、8 3 3 、8 3 4 和4 台底流泵 6 0 3 ，6 0 5 ，8 5 1 ， 8 5 2 进行了变频改造。目的是通过变频器的固有功 能结合压滤机、底流泵的实际工况，寻找特定的运行 模型。经过试验达到了闭环压力调节，无级变频调 速，提高了压滤过程的效率，节约了能源。 1 变频器的选型 压滤机入料泵和浓缩机底流泵的输送介质不是 收稿日期2 0 0 9 ，0 9 ．2 1 作者简介郭建斌，1 9 7 1 年生，男，山西阳泉人，1 9 9 4 年毕业 于中南工业大学矿物工程系选矿专业，工程师。 水，而是比重远大于水的煤泥或铁粉，按照一般泵类 负载使用的启动力矩是不够的，必须使用具有大启 动转矩的变频器方可实现。由于介质是液体、固体 混合物，流速和流量在管道内的波动较大，压力闭环 控制具有相当的难度。该项目选用芬兰V A C o N 公 司的N x S 系列变频器。N X S 系列变频器按照电流 额定值设计，可应用于需要高过载能力的场所。 N X S 变频器采用了自适应电机模型和高级A S I C 电 路特性的无传感器矢量控制核心技术。电机磁通模 型是基于三相输出电流的测量和来自A S I C 电路的 电压测量为基础的，实现了高精度地控制动静态速 度与力矩，具有启动力矩大，适应较长电机电缆的特 性。 2 试验的技术方案 该项目的技术方案涉及硬件设置和软件设置2 个部分。 2 ．1 硬件方面 泵的控制系统见图1 。整个系统由泵、变频控制 柜、就地操作箱、压力传感器组成。变频控制柜置于 配电室内，为人料 底流 泵提供相应的变频电源。 就地操作箱置于工作现场，为现场工作人员提供显 示和操作接口。压力传感器根据现场情况，安装在 2 9 万方数据 2 0 0 9 年第5 期矽曲如i 夏占辛钍 2 0 0 9 年l O 月 振动较小，管道内没有湍流，能够真实反映入料 底 流 压力的位置 由现场测试后决定 。 ●_ _ 。_ - ●_ _ _ - ●_ - _ - _ 。。_ _ _ _ - 。一 P 、r l l 变频器 f 茁乃。拄耵扣H z 一 [ 馊严 s V l 匠习 囤注 s V I 压力给定值 P 1 『l 压力反馈值 图l 变频调速控制系统框图 2 ．2 软件方面 闭环系统工作过程是操作人员根据工艺指标， 通过就地箱的调节旋钮，设定给定压力；变频器启动 后，通过变频器内部的P I D 调节器，自动跟踪物料管 道内的压力，与给定压力比较后，根据偏差值调节泵 的转速，达到恒压运行的目的。利用变频器丰富的 I 朐接口和较强的逻辑运算可编程功能，可省去 P L C ，达到与压滤机原控制系统的闭锁逻辑连接。 变频控制后的操作工艺可以达到的效果是，给料压 力可在O ．0M P a ～0 ．8M P a 范围内无级调节。操作 员只须按就地控制箱的频率升降按钮就能实现压力 调节，免去了频繁操作给料闸门和回料闸门的繁重 劳动。在给料初期，压力一般控制在0 ．1M P a ～ 0 ．2M P a ，5m i n 后，压滤机工作腔内已有足够物料 填充，此时适当升高人料压力，压滤机进入压滤脱水 过程，期问的压力大小，根据物料性质控制。卸料前 再升一次压，进一步挤压水分，以利卸料。如果物料 性质比较好，也可不进行最后一次升压，以减少滤板 滤布的损坏。 软件设置可在现场根据运行工况随时调整。 3 试验效果分析 3 ．1 节电方面 以6 0 5 号底流泵为例，该水泵型号为1 0 0 Z G I 1 5 0 型渣浆泵，额定流量1 9 9m 3 ／h ，扬程4 1 ．7m ，配 备电动机额定功率为4 5k w 。使用变频调速后，通 过设备自带电度表记录数据，三相电度表变比为 2 5 0 5 ，工频时6 0m i n ，电度表读数增加值为 1 ．1k w ／h ，平均功耗为1 ．1 2 5 0 ／5 5 5k w ／h ，耗 电量为5 5k w ／h ；变频时6 0m i n ，电度表读数增加值 为0 ．6 7k W ／h ，平均功耗为O ．6 7 2 5 0 ／5 3 3 ．5k w ／ h ，耗电量为3 3 ．5k w ／h 。单位节电量为5 5 3 3 ．5 2 1 ．5k w ／h ，节电效率为2 1 ．5 ／5 5 1 0 0 ％ 3 9 ．1 ％。 根据现场观察，底流泵工作时间基本达到2 2h ／ d ，每天的节电量为2 1 ．5 2 2 4 7 3k w 。按年运行 3 5 0d ／a 计算，节电量为4 7 3 3 5 0 1 6 55 5 0k w 1 6 ．5 5 5 1 0 4k w ，折合标准煤1 6 ．5 5 5 1 ．2 2 9 2 0 ．3 5t 。 3 ．2 运行方面 a 实现了变频器和原系统的安全互锁和灵活的 切换。b 对压力控制系统进行变频开、闭环调试， 压力控制误差为0 ．8 ％，达到设计要求，并能根据工 艺要求，随时调整给定压力，达到最佳的压滤效果。 c 设备及管道的磨损减小，延长了设备的使用寿命。 d 提高了压滤机的工作效率，缩短了压滤时间。 4 结语 选煤厂压滤机入料泵采用变频器调速，技术先 进，性能可靠，节电效益明显。它与压滤机其他变压 给料方式相比具有改造简单，技术优越，操作方便和 不需要增加辅助设施等特点，具有广泛的推广价值， 是煤炭企业节能降耗的1 个有效途径。 上接第2 l 页} 工况的不同，有时所表现的形态存在较大的差异。 尽管如此，转轴与轴瓦、轴封、油挡、密封瓦的碰摩对 机组最主要的影响还是热弯曲效应。它使转子产生 1 个附加的同步振动分量。在不同的转速对机组的 危害性不同。 b 利用振动频谱、波形削波、升降速过程的振 动差异、同步振动分量的快速增长、振幅波动等可以 识别是否发生了动静碰摩。瞬态碰摩产生的足宽频 带频谱。精确的1 ／2 转频的各倍频分量的出现是判 断动静碰摩的重要依据。 c 动静碰摩是其他使动静间隙消失的机械故障 3 0 的后继故障。合理有效的动静间隙和控制转子相对 振动，既可保证机组的可靠性，又能防止大轴永久性 弯曲。 参考文献 [ 1 】 张学延．汽轮发电机组振动判断[ M ] ．北京中国电力出 版社．2 0 0 8 ． [ 2 ]欧阳安．火电厂汽轮机故障诊断分析处理与技术改造 手册[ M ] ．北京银声音像出版社，2 0 5 ． [ 3 ] 刘崇和，张勇．汽轮机检修[ M ] ．北京中国电力出版 社．2 0 0 4 ． [ 4 ] 谢天宇，杜海龙，邹德剑，等．火电厂汽轮机运行调试检 修与维护技术手册[ M ] 北京；银声音像出版社，2 0 0 4 ． 万方数据 变频调速技术在选煤厂入料泵上的应用变频调速技术在选煤厂入料泵上的应用 作者郭建斌， GUO Jian-Bin 作者单位阳泉煤业集团有限责任公司二矿,山西,阳泉,045000 刊名 山西能源与节能 英文刊名SHANXI ENERGY AND CONSERVATION 年，卷期2009，““5 引用次数0次 相似文献10条相似文献10条 1.会议论文 曾光.黄晓东.钟彦儒.明正峰 一种高输出频率谐振极软开关变频器的研究 2004 该文介绍了一种简洁新颖的高输出频率谐振极零电压过渡RPZVT软开关变频器,分析了工作原理,并探讨了在其实现过程中的问题.实验结果表明该 系统能够降低功率器件的开关损耗;降低输出电流中高次谐波含量;提高了变频器的开关频率40kHz和输出频率达2500Hz. 2.学位论文 黄晓东 高输出频率谐振极软开关变频器的研究 2004 本论文在本变频器研发课题组提出的一种简洁新颖的谐振极软开关变频器主电路拓扑的基础上，设计了以TMS320F240DSP为核心的高频谐振极软开关 变频器的控制电路，并结合自身的控制特点，设计了相应的控制软件，实现了软开关变频器的基本功能，辅助功能，开发了一台开关频率为40KHz，输出 频率为2500Hz的变频器原理样机，并对其进行了测试，实验结果表明该电路拓扑用于实现高输出频率变频器是可行的。根据目前文献检索，该变频器样 机技术指标跟踪了国际水平，而此类高频变频器在国内还未见相关报道。最后，深入的探讨了在设计过程中所遇到的问题，给出了解决措施。 3.期刊论文 杨洪升.李忠明.YANG Hongsheng.LI Zhongming 低档变频器频率外控功能的实现与应用 -沈阳大学学 报2006,182 将BBP-D-3.7kW变频器控制端子排与外部连线做简单更改,使BBP-D-3.7kW变频器由频率内控变成频率外控.利用改造后的变频器来控制液位系统代替 原调节阀控制液位系统,已获得成功应用. 4.会议论文 冉磊 ABB变频器在450 m3高炉上料主卷扬机的改造实践 2008 详细介绍了山东石横特钢集团炼铁厂ABB变频器在450m3高炉上料卷扬机中的应用，该应用方案中ABB变频器根据外部控制信号的要求和实际运行速度 ，控制输出频率的大小，实现了高炉上料卷扬机加减速段的平稳制动和稳定爬行，具有较大的实用和推广价值。 5.期刊论文 李方园 变频器的控制功能第2讲变频器的频率给定方式 -自动化博览2008,253 所谓频率给定方式.就是调节变频器输出频率的具体方法,也就是提供给定信号的方式.变频器常见的频率给定方式主要有操作器键盘给定、接点信 号给定,模拟信号给定、脉冲信号给定和通讯方式给定等.这些频率给定方式各有优缺点,必须按照实际的需要进行选择设置,同时也可以根据功能需要选 择不同频率给定方式之间的叠加和切换.本文主要阐述的就是变频器的这几种频率给定方式. 6.期刊论文 曹玉泉.张忠伟.付永山.李瑞杰 变频调速输油系统变频器频率对其效率的影响 -天然气与石油 1999,173 通过对大庆油田采油二厂部分异步电机--离心泵变频调速输油系统大量的数据测试,用数理统计的方法,得出了变频器效率对其输出频率的回归关系 ;因此可由变频器的频率对其效率进行点预测或区间预测. 7.学位论文 迟永宁 大型风电场接入电网的稳定性问题研究 2006 随着风电装机容量在电网中所占比例越来越高，风力发电对电网的影响范围从局部逐渐扩大。目前，风电接入电网出现了与以往不同的特点，表现 为1单个风力发电场容量增大；2风电场接入电网的电压等级更高。增加的风电接入容量与接入更高的电压等级使得电网受风电影响的范围更广。 在风电穿透功率较大的电网中，由于风电注入改变了电网原有的潮流分布、线路传输功率与整个系统的惯量，并且由于风电机组与传统同步发电机组有 不同的稳态与暂态特性，因此风电接入后电网的电压稳定性、暂态稳定性及频率稳定性都会发生变化。本文对大型风电场接入电网的稳定性问题进行了 研究，主要研究内容包括 1对普通异步发电机及双馈感应电机在同步旋转参考坐标系下的动态方程及静态方程进行了推导；对风电机组的空气动力学模型、机械传动系统的 轴系模型及桨距角控制模型进行了建模分析；最后给出了基于普通异步发电机的恒速风电机组与基于双馈感应发电机的变速风电机组的总体模型结构。 2对基于双馈感应发电机的变速风电机组控制模型进行了分析与研究。推导了双馈感应电机转子侧变频器与电网侧变频器的解耦控制原理给出了 双馈变速风电机组综合控制系统模型、双馈感应电机的转子侧变频器与电网侧变频器控制器模型及风力机控制系统的模型。 3分析研究了风电场接入电网后电网电压稳定性降低的机理。比较了异步发电机与双馈感应发电机不同的有功～无功特性，给出了稳态潮流计算中 两种不同发电机的潮流模型。 4用P～V、V～Q曲线的静态电压稳定潮流分析方法结合对实际系统的仿真计算，对于普通异步机风电场与基于双馈感应电机的变速风电场接入后导 致的静态电压稳定性降低的原因进行了比较研究；最后比较了用动态仿真方法分析风速变化扰动导致的电压失稳与静态P～V曲线分析方法分析风电场有 功功率增加导致的静态电压失稳结果的差异。 5对基于普通异步发电机的恒速风电机组的暂态电压稳定性进行了分析，研究了故障时两质块轴系模型松弛特性Shaft Relaxation对暂态电压稳 定的影响；在PowerFactory中建立了SVC模型、STATCOM 模型及用于暂态稳定控制的快速桨距角控制模型；提出了结合SVC、STATCOM等动态无功补偿装置 与用于暂态稳定控制的桨距角控制的综合控制用于改善基于异步机的恒速风电机组的暂态电压稳定性。 6提出了双馈电机转子侧变频器的暂态电压控制与用于暂态稳定控制的快速桨距角控制以增强双馈变速风电机组的暂态电压稳定性；双馈电机转子 侧变频器暂态电压控制能够充分发挥双馈电机的动态控制能力，充分利用双馈电机的无功容量，改善双馈变速风电机组的暂态电压稳定性。 7对风电场并网对电网频率稳定性的影响进行了研究分析了电力系统固有的频率特性；比较分析了不同发电机技术的风电机组的频率响应特性 ；提出了用于双馈电机的附加频率控制环节，能够对电网的频率降低做出响应，表现出变速风电机组惯量作用；在系统损失部分发电电源后关键的初始 几秒钟时间内控制双馈风电机组使其释放出风机叶轮、转子轴系中储存的动能以增加风电机组发出的功率，支持电网频率，降低电网频率变化率。 8.期刊论文 曹玉泉.吕作良.梁亚东.CAO Yu-quan.L Zuo-liang.LIANG Ya-dong 输油系统电机功率因数关于变频 器频率的曲线回归分析 -西安石油学院学报（自然科学版）2000,154 功率因数是电气设备尤其是电机十分重要的电气参数之一, 变频调速输油系统的电机, 经常在频率小于50Hz的条件下工作,电机的功率因数也随频 率的不同而变化.由于频率易于设定,因此研究频率改变时电机功率因数的变化规律,对生产具有一定的意义.笔者以5台电机分别在5个频率下工作时功率 因数的测试数据为基础,用数理统计的方法,得出了电机功率因数与频率的曲线相关关系.从而可以在频率一定时,预测电机的功率因数;也能在满足输油工 艺要求的前提下,对电机功率因数进行控制. 9.学位论文 赵海东 基于DSP的电压源型矢量控制变频器的研究开发 2002 矢量控制技术一诞生,就以新颖的控制思想,优良的动静态性能受到了普遍的关注并得到迅速的发展.该文研究的就是采用DSP为控制核心的电压源型 矢量控制变频器的控制系统.矢量变换控制是以交流电动机的双轴理论为依据,在同步旋转坐标系中把定子电流矢量分解为两个分量一个分量与转子磁链 矢量重合,称为励磁电流分量;另一个分量与转子磁链矢量垂直,称为转矩电流分量.通过控制定子电流矢量在旋转坐标系的位置及大小,即可控制励磁电流 分量和转矩电流分量的大小,实现像直流电动机那样对磁场和转矩的解耦控制.该文研究分析了转差频率型矢量控制和基于无功功率的无速度传感器矢量 控制.通过深入分析空间矢量的调制与过调制,该文提出了一种基于DSP的矢量控制实施方案.详细介绍了系统的软硬件设计,给出了电路原理图和软件模块 的设计原理和调用方法.现代电力电子装置正在向高频化发展,在不增加硬件投资的情况下,采取一种能降低开关损耗的控制方法对提高整个装置的效率是 很有意义的.该文深入研究了一种基于电压空间矢量的最小开关损耗PWM技术,给出了准优化方法和二相优化方法的相电压调制函数,并在理论分析的基础 上,通过仿真实验,对两种减少开关损耗的方法和调制与过调制进行了分析.分析表明二相调制方法相对于准优化方法减少开关损耗近30﹪,空间矢量的调 制与过调制可以大大的提高直流母线电压的利用率.实验证明该文提出的基于DSP的电压源型矢量控制变频器的软硬件设计是成功的,其结构简单,性能良 好,为今后开发高性能的矢量控制系统奠定了良好的基础. 10.期刊论文 周鲁英.王国强.李宇红.ZHOU Lu-Ying.WANG Guo-Qiang.LI Yu-Hong VVVF变频器电压及电流控制接口 的设计 -洛阳工学院学报2000,211 通过VVVF变频器实现交流异步电动机转速控制的方法主要有,即电压、电流、脉冲编码及通讯控制四种.通过对S100总线TP801 AD-082 模数接口板的 总线及电压、电流输出电路的改进设计,满足了ISA总线微机286,386,486的接口要求及VVVF变频器电压、电流输入的要求,从而设计了一个计算机调速 控制系统.经调试、实验运行,该系统的设计是成功的,其设计方法对于相似接口电路的设计具有参考价值. 本文链接 下载时间2010年6月3日