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武鋼能源動力總廠40MW高爐風機電機軟起動改造項目簡介
2017-02-24 23:35:18分享0
摘要:為解決大型同步電動機變頻軟起動國產化和技術服務問題,武漢鋼鐵集團公司能源動力總廠聯合大力電工襄陽股份有限公司共同立項,合作對2#鼓風機站現有機組進行國產化改造。使有本公司開發的靜止變頻起動裝置(SFC)進行同步起動的技術方案,以替代原變頻起動方式。

一、項目背景 

    武漢鋼鐵集團公司能源動力總廠2#鼓風站于2006年建成投產的1#5813Nm3/min鼓風機組所配空壓機電機是西門子生產的40000kW,10kV同步電動機,起動方式采用的是西門子生產的靜止變頻起動裝置。經過八年運行,其穩定可靠性近年來呈下降趨勢,變頻器及相關控制系統內元器件逐漸老化,開始出現各種故障,如:通訊模塊損壞,啟動不能成功等。由于SIEMENS廠家系統升級換代,目前廠家無法買到原有型號備件,因此不得不選擇升級改造,被迫付出額外改造成本。國內鋼廠在如此重要的高爐電氣設備上,其價格和服務全面受制于國際制造商。同時由于西門子公司對該裝置的技術進行了技術封鎖,一旦出現故障,只得由他們派服務人員來處理,而中國地區精通該技術能解決問題的西門子服務人員又特別少,使得每次出現故障都需很長時間才能處理好,給鋼鐵生產帶來巨大損失,即便進行升級后仍然存在技術封鎖和服務不到位的問題。 為解決大型同步電動機變頻軟起動國產化和技術服務問題,武漢鋼鐵集團公司能源動力總廠聯合大力電工襄陽股份有限公司共同立項,合作對2#鼓風機站現有機組進行國產化改造。使有本公司開發的靜止變頻起動裝置(SFC)進行同步起動的技術方案,以替代原變頻起動方式。 

二、技術指標及原理 

    武漢鋼鐵集團公司能源動力總廠2#鼓風站同步變頻軟起動裝置改造達到如下技術目標:   

1.起動電流控制在額定電流的0.3~0.5倍以內.

2.起動時間最大不超過4min,滿足電機平滑起動要求。 

3.電機正常運行時,勵磁采用恒功率因數控制。 

   大力電工靜止變頻器軟起動的原理是:通過控制晶閘管變頻裝置,產生頻率由零到額定值變化的交流電源供給被起動電機,使電動機同步加速起動,當電機轉速升高到額定轉速,并滿足同期并網條件時,電機同步并網,并將變頻裝置旁路,從而結束軟起動過程。圖1-1 為典型的靜止變頻軟起動裝置原理結構圖,SFC主回路為交直交電流源型變頻器。

QQ截圖20170411132255.png        

三、項目參數與用戶方案

  (1) 用戶性能要求:

 1.在不破壞原有設備正常運行的基礎上,利用原有的輸入輸出變壓器,對變頻軟起動裝置本身做改造替換; 

2.配合電機軟起動裝置及正常運行使用,在不破壞原有勵磁設備的情況下,利用原有勵磁柜與同期裝置實現電機的平滑起動和長期運行,且能保證電機能用原來系統正常軟起和長期運行; 3.改造成功運行1年后,根據需要,完成設備整合,進行系統優化,舊設備拆除。

 針對用戶要求,制定如下技術方案圖:

QQ截圖20170411132310.png

 (2) 項目相關參數如下: 

電機參數 

電機額定功率:40000kW 

電機額定電壓:10kV 

電機額定電流:2630A 

額定頻率:   50 Hz 

額定功率因數: 0.85超前

 額定轉速:3000r/min 

勵磁機參數 

定子部分 

額定電壓:265V   3PH  Y型 

額定電流:150A 

額定容量:68.85KVA 

轉子部分 

額定電壓:190V   

額定電流:675A 

額定功率:12Kw 

整流變壓器參數 

額定容量:11400/5700/5700kVA 

額定電壓:10500/2900/2600V 

額定電流: 初級:627A 次級:2*1135A 

矢量組別:Dd0+Yd5 

制造廠家:德國西門子公司 

逆變變壓器參數

 額定容量:12000/6000/6000kVA

 額定電壓:10500/2700/2700V 

額定電流:初級:659.8A 次級:2*1283A 

矢量組別:Dd0+Yd11 

制造廠家:德國西門子公司 

三、調試過程

 (1) 設備到達現場后,指導安裝人員進行現場安裝,母線連接以及二次連鎖線的接線工作。 (2) 靜態調試 

1.靜態調試前對已經改造過的一次線路及新設備做耐壓實驗,確保電氣安全。

2.相序校驗:對新增功率柜、隔離柜、銅排走向、變壓器二次出線點進行檢驗,確保從變壓器到電機的整條線路相序正確。 

3.備機的整流變壓器,逆變變壓器二次信號,同期信號切換到大力變頻位(此時原西門子處在無備機狀態,但不影響正在使用的機組,當SFC控制二次掉電后,信號全部恢復,正常備機)。 

4. 二次線開閉點上電校驗:當信號進入到新增SFC控制柜內,先直接用萬用表測量進入是否與原圖紙標識的開閉信號一致,再檢測SFC控制板接受信號是否正常。

 5.勵磁給定測試:開關柜14處于正常運行位,這樣可以在變壓器二次側直接觀察電機定子感應電壓狀態,觀察勵磁給定和輸出的偏差、觀察勵磁閉環響應速度、觀察不同勵磁下電機轉子位子的捕捉。

6.故障保護測試:根據故障保護測試方案完成所有故障保護測試。 

7.上位機顯示界面數據校驗:觀察測試,觀察各界面與本柜顯示能一一對應。 

8.二次連鎖起動測試:所有前期測試工作都已順利完成,不加高電壓,屏蔽相關故障報警。從操作臺給新增SFC發起動信號,測試起動流程是否正確。 

(3)動態調試

 1.電機從低速到高速參數測試及修訂:測試并修改電機從低速轉高速的切換參數、測試并修改電流限制廟宇值參數、測試記錄切換過程中電流、電壓的突變狀態。 

2.電機高速閉環參數測試及修訂:定轉速測試,即測試轉速是否能穩定在600轉、測試轉速達到2950后同期是否給出同期信號、轉速跳過特定的共振轉速、高速斜率閉環測試、高速閉環參數調節、高速起動時間測試 

3.電機同期過程閉環參數測試及修訂:測試同期信號的給定是否正常、測試同期判斷的方向是否正常、測試同期調節過程中勵磁給定步長和轉速變化控制步長、測試同期投切允許動作后的正常動作流程 

   經過多次模擬調試、靜態調試和動態調試后,2014年10月17日帶負載試車成功。起動時電機端電壓為9789V,直流母線電流為1450A,母線側電壓為10018V(起動之前為10500V),母線側電流為635A(0.24倍)。起動時間為134秒時轉全壓并網運行,同步軟起動成功。 

  之后又進行了程序優化及參數計算調整,經多次起動驗證,起動曲線正常,起動時振動小于西門子系統,起動時間小于西門子變頻軟起系統,起動正常、優于預期效果。 

四、調試總結 

    通過此項目的開發與實踐,實現了大型同步電機帶負載從低速到全速且成功并網運行的全軟起過程。實踐驗證表明,在加速過程中,斷續換流切換到自然換流時過渡平滑,雙閉環控制器具有良好的靜態和動態特性,大力電工襄陽股份有限公司研發的SFC起動裝置裝置經受了多次考驗,起動時電機各項參數均正常,表明大力電工研發的SFC裝置可以進入應用階段。 這次武漢鋼鐵集團公司能源動力總廠2#鼓風站西門子同步電機起動方式的改造成功,大力電工從工程應用出發,為全國其他進口大型同步電機的啟動提供了寶貴經驗,為用戶帶來了一種大型同步電機軟起動的優質設備,打破了國外大型同步電機軟起動廠家對這一技術的封鎖。 

附件一: SFC裝置在武鋼的應用報告

QQ截圖20170411140548.png

QQ截圖20170411140619.png

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