Частотно-регулируемый электропривод печи обжига клинкера ЗАО «Белгородский цемент»

ЗАО «ЭРАСИБ» осуществило поставку и запуск частотно-регулируемого электропривода на главном приводе печи обжига клинкера №6 ЗАО «Белгородский цемент». Частотно-регулируемый электропривод (ЧРЭП) выполнен на базе роторного транзисторного преобразователя частоты типа «ЭРАТОН-ФР-630-865-445» (630 кВт, напряжение ротора 865В, ток ротора 445А). Роторный преобразователь «ЭРАТОН-ФР-630-865-445» предназначен для замены роторной пусковой резисторно-контакторной станции (ПРКС). Целью реконструкции главного привода печи обжига с применением ЧРЭП типа «ЭРАТОН-ФР» является плавный пуск печи, регулирование скорости печи без потерь электроэнергии, повышение надежности и улучшение энергетических показателей электропривода за счет экономии электроэнергии.

Параметры электродвигателя главного привода цементной печи

  • Тип электродвигателя АКЗ-13-62-82;
  • номинальная мощность 630 кВт;
  • номинальное напряжение статора 6000 В;
  • номинальный ток статора 74,5 А;
  • КПД 93,5%;
  • Cosφ 0,85;
  • номинальная скорость вращения 740 об/мин;
  • напряжение ротора 865 В;
  • номинальный ток ротора 445 А.

Данные существующего электропривода:

  • Ток статора электродвигателя при номинальной нагрузке электропривода 55,0 А;
  • Ток статора при максимальной нагрузке 74,5 А;
  • Характер нагрузки постоянный (±10%);
  • Кратность пускового тока 3.

Требования к регулируемому электроприводу

  • Требуемый диапазон регулирования оборотов от 70% до 115% номин. оборотов;
  • Максимальная мощность на валу 630 кВт;
  • Максимальный ток в регулируемом режиме 75 А;
  • Способ остановки электропривода - плавная остановка.

Технические характеристики ЧРЭП «ЭРАТОН-ФР»:

  • Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» устанавливается между цепью ротора асинхронного двигателя с фазным ротором и питающей сетью.
  • Пусковая роторная станция сохраняется в горячем резерве, что повышает надежность электропривода.
  • «ЭРАТОН-ФР» регулирует момент и скорость высоковольтного асинхронного двигателя с фазным ротором (АД ФР) за счет введения регулируемой ЭДС в цепь ротора.
  • Электропривод цементной печи с роторным преобразователем "ЭРАТОН-ФР" потребляет из сети минимальную мощность с коэффициентом мощности 1,0.
  • Мощность скольжения электродвигателя при регулировании скорости возвращается в питающую сеть через роторный преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» без потерь мощности в резисторах пусковой станции.

«ЭРАТОН-ФР» обеспечивает:

  • плавный пуск асинхронного электродвигателя с минимальным током;
  • плавное, безударное регулирование скорости электродвигателей без датчика скорости и положения вала двигателя;
  • точность поддержания частоты вращения в установившихся режимах 0,01nном;
  • перегрузку по моменту электродвигателя 1,5 Мном в течение 60 сек;
  • быстродействие регулирования момента электродвигателей не менее 2Мном/сек;
  • рекуперативное торможение с указанными выше параметрами;
  • регулирование скорости АД ФР выше синхронной скорости.

Схема силовых цепей электропривода печи обжига ОАО «Белгородский цемент»

Схема силовых цепей частотно-регулируемого электропривода (ЧРЭП) с преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР-630-865-445» для главного привода печи обжига клинкера ЗАО «Белгородский цемент» показана на рис. 1. Оборудование ЧРЭП размещено в двух контейнерах — в проходной трансформаторной подстанции киоскового типа КТП-ПК-630/6/0,4 и в контейнерном модуле типа «Север». Для подключения ЧРЭП высоковольтный кабель с питающей подстанции отключается от статора электродвигателя с фазным ротором и подключается ко входу КТП на ВН1. Высокое напряжение 6 кВ с ВН2 КТП подается на статор электродвигателя и через высоковольтный разъединитель ВР1 на многообмоточный понижающий трансформатор ТР питания преобразователя частоты «ЭРАТОН-ФР-630-865-445». Преобразователь частоты размещен в контейнерном модуле типа «Север». Питание преобразователя частоты осуществляется с низковольтных обмоток понижающего трансформатора Тр. Выход преобразователя частоты через контактор НК1 подключен к ротору электродвигателя. Контактор НК2 при необходимости подключает старую пусковую станцию к ротору электродвигателя (при выключенном контакторе НК1).

Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» представляет собой соединение двух автономных транзисторных инверторов напряжения. Трехфазный вход роторного инвертора (РИ) подключен к трем фазам ротора АД ФР, трехфазный вход сетевого инвертора (СИ) через согласующий трансформатор подключен к питающей сети 6 кВ 50 Гц. Шины постоянного тока РИ и СИ соединены с накопительным конденсатором большой емкости. Роторный и сетевой инверторы обеспечивают регулирование потока активной и реактивной мощности в двух направлениях: из цепи ротора в питающую сеть и обратно, обеспечивая свободный обмен мощностью между питающей сетью и цепью ротора электродвигателя. При этом накопительный конденсатор в цепи постоянного тока инверторов используется в качестве промежуточного источника электроэнергии, через который осуществляется обмен энергии между цепью ротора АД ФР и питающей сетью.

Перед включением электропривода конденсатор в звене постоянного тока заряжают до напряжения выше амплитуды напряжения ротора АД ФР, соответствующего нулевой скорости вала. После подключения цепи ротора к роторному инвертору низковольтным контактором НК1 увеличивают ток ротора, момент двигателя и скорость вала за счет уменьшения амплитуды и частоты синусоидальной ЭДС роторного инвертора, регулируя мощность скольжения ротора электродвигателя. Кроме регулирования активной мощности скольжения роторный инвертор может передавать в цепь ротора реактивную мощность возбуждения электродвигателя, разгружая тем самым цепь статора электродвигателя от реактивных токов.

Активную мощность скольжения ротора возвращает в питающую сеть сетевой инвертор. Регулируя амплитуду и фазу тока сетевого инвертора относительно напряжения сети, регулируют активную и реактивную мощность, возвращаемую в питающую сеть. Управляя сетевым инвертором можно возвращать в сеть только активную мощность скольжения ротора, а можно генерировать в сеть реактивную мощность с опережающим углом сдвига, компенсируя реактивную мощность, потребляемую статором электродвигателя.

Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» за счет высокочастотной синусоидальной широтно-импульсной модуляции в роторном и сетевом инверторах обеспечивает синусоидальную форму тока в цепи ротора электродвигателя и в питающей сети.

При регулировании скорости электродвигателя от нуля до номинальной активная мощность скольжения ротора через преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» возвращается в питающую сеть 6 кВ 50 Гц, а не затрачивается на нагрев роторных сопротивлений пусковой станции. За счет этого обеспечивается экономия электроэнергии.

Электропривод с преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР» позволяет регулировать скорость электродвигателя выше номинальной. Для этого преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» изменяет порядок чередования фаз и направление потока активной мощности в цепи ротора электродвигателя.

Комплект поставки ЧРЭП на завод ОАО «Белгородский цемент»:

  • комплектная трансформаторная подстанция КТП-ПК-630-6/0,4;
  • согласующий трансформатор ТМГ-400-6/0,4х3 (400 кВА);
  • контейнерный модуль типа «Север» с системой климатконтроля.
  • специализированный пульт дистанционного упарвления (ПДУ);
  • преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР-630-865-445»;

Результаты модернизации главного привода печи обжига клинкера

В результате модернизации главного привода печи обжига клинкера печи №6 ЗАО «Белгородский цемент» с применением преобразователя частоты «ЭРАТОН-ФР» обеспечены плавный пуск и плавное регулирование скорости печи без скачков момента электродвигателя и потерь мощности в сопротивлениях пусковой роторной станции. Это создало предпосылки повышения срока службы футеровки печи и обеспечило экономию электроэнергии. Экономия электроэнергии за счет электропривода "ЭРАТОН-ФР" иллюстрируется графиком энергопотребления главным приводом печи обжига клинкера, который показан на рис. 2. Согласно рис. 2 энергопотребление при управлении с помощью пусковой резисторно-контакторной станции (левая часть графика) существенно превышает потребление энергии главным приводом при управлении с помощью ЧРЭП "ЭРАТОН-ФР" (правая часть графика).

Рис. 1.

Рис. 2.