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北京利德華福電氣技術有限公司 劉軍祥
摘 要：本文通過對球團廠高壓輥磨機的運行工藝和機械特性進行分析，結合高壓變頻技術的應用特點，介紹了高壓變頻器在球團廠高壓輥磨機中應用的技術解決方案和實際運行效果。
關鍵詞：高壓輥磨機 高壓變頻 應用
一、應用現(xiàn)狀
湖北某球團廠年產500萬噸球團線，高壓輥磨機是球團生產系統(tǒng)中礦料制球前的一道擠壓工序。該工序的主要目的是通過礦料擠壓增加表面積，從而達到提高礦料制球的效率，保證制球產量達到最大化，提高球團成型率。輥磨機的主要技術參數(shù)如下表所示。
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設備名稱 |
高壓輥磨機 |
驅動功率 |
2×960kW |
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型 號 |
RP-Z10-140/140 |
電壓等級 |
10 kV |
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功率因數(shù) |
0.89 |
額定電流 |
67.3A |
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額定轉速 |
1485r/min |
生產廠家 |
KHD |
該高壓輥磨機主要由：定輥、動輥、液壓機構、料倉、喂料機、料柱、卸料皮帶等機械設備及電控系統(tǒng)構成。為保持正常生產和良好的成品產出率，系統(tǒng)通過控制喂料速度保持料倉料位在30～80％的高度范圍內。通過液壓機構調節(jié)定輥與動輥間的工作壓力，保持料柱高度和良好的成品擠出率。在實際運行中，由于輥磨機運行速度高、出料速度快，喂料斗根本無法建立合理的堆料高度，不能為輥壓機的擠出提供有效的堆壓，礦料直接通過輥磨。輥壓機的擠出壓力不能達到設計預期，存在制球率較低、返料率高，制約球團線產量。
為了改善輥壓機的運行工況，提高輥壓機制球率和成球效果，通過采用變頻調速技術改變輥壓機的擠出速度，合理控制出料速度，在輥壓機頂部的堆料倉內建立料高，保證輥壓機頂部形成有效堆壓，改善礦料擠出效果、提高礦料制球率。
二、生產工藝分析
高壓輥磨機兩臺輥柱分別由一臺電動機驅動，并配備一套完整的機械驅動和電控系統(tǒng)，其原理示意如下圖所示。輥磨機電動機輸出軸通過液力耦合器與輥軸的減速齒輪箱連接，減少由于震動和瞬間負載對電動機產生的負荷沖擊。
當輥磨機啟動時，液壓系統(tǒng)處于釋放狀態(tài)；定輥與動輥同時空載啟動。在啟動至正常狀態(tài)后，系統(tǒng)開始喂料，液壓系統(tǒng)對動輥加載，逐步提高輥磨擠壓壓力至45～47kPa保持良好的礦料產出成品率。輥磨壓力檢測系統(tǒng)根據(jù)DCS遠傳來的壓力設定值自動調節(jié)磨輥間隙，保持輥壓穩(wěn)定。當運行中礦料中的異物通過輥磨間隙產生沖擊負荷時，液壓系統(tǒng)會通過自動壓力平衡系統(tǒng)，調整或平衡輥間壓力。但是在液壓系統(tǒng)調節(jié)瞬間，輥磨扭矩會通過液力耦合器將扭矩沖擊傳遞至電動機輸出軸側，引起電動機電流瞬時波動。當出現(xiàn)卡塞或沖擊負荷超過200％Tn時，液壓系統(tǒng)會采取緊急卸壓措施，減低沖擊負荷對設備的破壞作用。同時，機械傳遞系統(tǒng)，通過液力耦合器的軟連接提供最大不超過250％Tn的保護性能。
三、系統(tǒng)方案
針對上述分析，高壓輥磨機定輥和動輥電氣拖動系統(tǒng)，需分別配備一臺高壓變頻器和一套工頻/變頻自動切換系統(tǒng)，用于該系統(tǒng)變頻拖動，以及變頻故障條件下的原有系統(tǒng)恢復。系統(tǒng)電氣原理圖如下，其中QF表示高壓開關柜、QS表示高壓隔離開關、KM表示真空接觸器、TF表示高壓變頻器、M表示電動機，虛框內為新增設備。
當變頻運行時，首先操作QF分斷，操作合QS1、QS2隔離開關；由DCS發(fā)出變頻選擇指令，變頻器系統(tǒng)自動操作合KM1、KM2。變頻輸出“高壓合閘允許信號”至DCS。DCS在液壓系統(tǒng)處于釋放狀態(tài)下，發(fā)出QF合閘、變頻器上電等指令。變頻上電具備啟動條件后，發(fā)“變頻待機”信號給DCS。由變頻器進行互為運行方式確認，只有當兩臺輥磨電機均處于變頻或工頻運行方式時，系統(tǒng)才允許發(fā)出輥磨啟動指令。DCS發(fā)出變頻啟動指令，輥磨變頻運行。
運行過程中，其中一臺輥磨變頻運行回路故障跳閘時，變頻器發(fā)出聯(lián)鎖跳變頻器上口高壓開關QF信號。同時，變頻器自動聯(lián)跳上下口真空接觸器KM1、KM2。系統(tǒng)通過高壓開關QF聯(lián)動實現(xiàn)輥磨機原有保護動作，進行卸壓和聯(lián)停另一側輥磨變頻器。當兩臺輥磨中任意一臺變頻回路出現(xiàn)問題，系統(tǒng)都必須將定輥和動輥電動機同時轉為工頻驅動方式運行。
工頻/變頻自動切換旁路柜提供手/自動切換和就地啟停控制功能。自動控制時，變頻器根據(jù)遠程DCS來的運行方式選擇信號，自動完成工頻/變頻自動切換、旁路柜KM1、KM2、KM3操作和邏輯閉鎖、故障判斷等功能處理。
高壓輥磨機適配的高壓變頻器主要技術指標列表如下。
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序號 |
規(guī) 范 |
參 數(shù) |
備 注 |
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1 |
使用標準 |
Q/CP BLH003-2007 |
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2 |
型式及型號 |
HARSVERT-VA10/070 |
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3 |
適用負載 |
恒轉矩同步驅動負載 |
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4 |
允許過流動作上限 |
250％In，10s |
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5 |
過載能力 |
150％In，60s |
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6 |
技術方案 |
8級模塊串聯(lián)，交直交、高-高方式 |
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7 |
額定輸入電壓/允許變化范圍 |
10 kV±10% |
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8 |
變壓器調壓范圍 |
0%、+5% |
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9 |
速度控制算法 |
無速度傳感器矢量控制算法 |
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10 |
速度控制模式 |
速度閉環(huán)控制 |
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11 |
變頻控制模式 |
協(xié)調控制模式 |
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12 |
電網(wǎng)側變換器型式及元件 |
48脈沖，二極管三相全橋 |
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13 |
電機側逆變器型式及元件 |
IGBT 逆變橋 串連 |
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14 |
控制連接 |
硬接點+MODBUS通訊連接 |
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15 |
系統(tǒng)輸出電壓 |
0～10kV |
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加減速特性 |
60s / 30s線性 |
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四、控制系統(tǒng)方案
高壓輥磨機液壓系統(tǒng)加載前，定輥與動輥同時啟動；兩臺輥軸之間無機械力矩耦合。兩臺變頻器根據(jù)預設加速曲線加速至轉速初始值70%n0。變頻器根據(jù)設定轉速值自動調節(jié)輥軸轉速穩(wěn)定；動輥轉速與定輥轉速同步運行。變頻器發(fā)出“允許加載”指令，DCS側操作液壓系統(tǒng)進行動輥加載。當動輥變頻器檢測到轉矩輸出達到輸出要求且穩(wěn)定后，變頻器自動由轉速閉環(huán)控制方式切換為轉矩控制閉環(huán)。該控制過程由變頻器內置的專屬“恒轉矩同步驅動負載協(xié)調控制”策略自動實現(xiàn)，自動平衡定、動輥的輸出轉矩與轉速。保證輥磨機的具有良好的穩(wěn)態(tài)控制精度和動態(tài)響應特性。
經變頻改造后，變頻控制系統(tǒng)為輥磨機的工況調節(jié)提供了一種全新的調節(jié)手段。輥磨機不僅可通過調節(jié)喂料速度適應球團生產線產量需求，而且可以通過改變輥磨機的運行速度調節(jié)設備的出料速度，維持穩(wěn)定的輥頂堆壓，保證輥磨機出料質量、提高后續(xù)生產的成球率，降低返料量。
五、應用效果
高壓輥磨機經變頻改造后，實際運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下表所示。從數(shù)據(jù)中可以看出：高壓變頻運行時，輥磨機的工藝參數(shù)得到改善，下料量得到控制，在輥磨機頂部建立了有效的堆壓。產品質量得到改善后返料量明顯下降，輥磨機的電耗也得到明顯下降，直接產生約20%的節(jié)電效果，經濟效益明顯。
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技術指標 |
改造前 |
改造后 |
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1#動輥 |
2#定輥 |
1#動輥 |
2#定輥 |
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運行頻率 |
50Hz |
50Hz |
38Hz |
38Hz |
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工作電流 |
53A |
56A |
40A |
41A |
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擠出輥壓 |
45kPa |
47kPa |
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堆料高度 |
0.3m |
2.38m |
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下 料 量 |
1016t/h |
925t/h |
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返 料 量 |
210t/h |
103t/h |
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生 產 量 |
806t/h |
822t/h |
(結束)
作者簡介：劉軍祥，1996年畢業(yè)于天津大學。長期從事高壓變頻在電力、鋼鐵、冶金、礦山、水泥、石化等領域的高壓變頻工程應用技術研究，以及新應用領域和成套產品的開發(fā)管理工作�，F(xiàn)任北京利德華福電氣技術有限公司總工程師助理兼技術成套部經理。
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