0 引言 　　隨著電子工業(yè)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器技術(shù)的應(yīng)用已進(jìn)人蒸蒸日上的時(shí)代，國內(nèi)低壓變頻技術(shù)的應(yīng)用由上世紀(jì)80年代初幾家代理公司銷售國外產(chǎn)品，發(fā)展到上世紀(jì)90年代末幾家公司擁有低壓變頻技術(shù)的研發(fā)水平和制造能力。在低壓變頻技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，高壓變頻技術(shù)的研究和應(yīng)用也初具規(guī)模。成都佳靈公司研發(fā)的“直高技術(shù)”和制造的高壓變頻器，更使國內(nèi)的高壓變頻技術(shù)走到了國際水平的前列。1995年起金堆城鉬業(yè)公司三十畝地選礦廠就高壓變頻技術(shù)在尾礦輸送初級(jí)泵站的應(yīng)用，進(jìn)行了充分的市場(chǎng)調(diào)研和參觀學(xué)習(xí)，鑒于當(dāng)時(shí)高壓變頻設(shè)備的體積大、技術(shù)復(fù)雜，且價(jià)格昂貴，迫使該項(xiàng)目擱淺。時(shí)間進(jìn)人21世紀(jì)后，工業(yè)用電量的突飛猛進(jìn)，而且電價(jià)一路上漲，尾礦輸送中的初級(jí)泵站應(yīng)用高壓變頻器技術(shù)節(jié)電降耗已勢(shì)在必行。 　　1 尾礦輸送工藝流程變化引起電能效率降低 　　尾礦輸送是選礦廠生產(chǎn)工藝流程的最末端，在尾礦輸送成本費(fèi)用的總數(shù)中，電能消耗費(fèi)用占有較大的份額。本文所述的選礦廠其尾礦輸送工藝流程要求在尾礦輸送系統(tǒng)的初級(jí)泵站內(nèi)，輸送泵裝配高壓電動(dòng)機(jī)。該高壓電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)為：P＝310kW，U=6kV，I＝34A。由于生產(chǎn)條件的限定，初級(jí)泵站的運(yùn)轉(zhuǎn)率幾乎是100%，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)輸入電流一般為22A左右，月耗電量16×104kW·h以上。近年來由于該選礦廠生產(chǎn)工藝流程的改變，使得尾礦輸送的工藝流程出現(xiàn)了兩個(gè)途徑：一是原有的向上50m輸送，經(jīng)300m管道至二級(jí)泵站；二是新設(shè)的向下5m輸出經(jīng)1200m管道至尾礦匯集站。按選礦廠生產(chǎn)設(shè)定要求尾礦向下輸送率≥85%，尾礦向上輸送率≤15%。在這種生產(chǎn)系統(tǒng)中，初級(jí)泵站的尾礦輸送出現(xiàn)了電能的浪費(fèi)現(xiàn)象。雖然初級(jí)泵站的月耗電量已降至13×104kW·h,但是電能效率卻大幅下降，即從H2×W/P2遠(yuǎn)小于H1×W/P1，式中H表示尾礦輸送高度，H2=-5m,H1=50m；P表示電動(dòng)機(jī)輸出功率，P2=200kW ,P1＝230kW；W表示尾礦輸送量，基本是一個(gè)恒定值。如此電能消耗的不合理性，改造初級(jí)泵站已成必然。但是通過論證，由于受經(jīng)費(fèi)條件和地理位置的限制，初級(jí)泵站徹底改造困難比較大，投資費(fèi)用大。最終，減少初級(jí)泵站電能浪費(fèi)的方法，只有是在保證尾礦輸送情況下盡可能地降低電動(dòng)機(jī)的功率消耗。 　　2 選用高壓變頻技術(shù)是初級(jí)泵站最佳改造方案 　　為了尋求節(jié)約電能的最佳方案，對(duì)初級(jí)泵站的主體設(shè)備進(jìn)行了改造試驗(yàn)。在不改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下，用210kW的電動(dòng)機(jī)替換310kW電動(dòng)機(jī)。在試驗(yàn)條件下，初級(jí)泵運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)輸出功率降低到了135kW，試驗(yàn)取得了成功，為初級(jí)泵站的電氣改造奠定了理論基礎(chǔ)。但是試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了初級(jí)泵站啟動(dòng)過程繁瑣化，啟動(dòng)時(shí)需要利用閥門控制，逐漸實(shí)現(xiàn)尾礦的全部輸送，啟動(dòng)過程所需要的時(shí)間長，無法滿足選礦廠生產(chǎn)工藝流程的要求。分析造成這種現(xiàn)象的主要原因是電動(dòng)機(jī)額定容量減少后，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨之下降，無法保證輸送泵象原來一樣地迅速啟動(dòng)。 　　如果應(yīng)用高壓變頻技術(shù)控制原配電動(dòng)機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)電能效率的最大化，又可以簡(jiǎn)化啟動(dòng)過程和縮短啟動(dòng)時(shí)間。根據(jù)輸送泵相關(guān)參數(shù)的關(guān)系式和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 　　3 高壓變頻器與尾礦輸送設(shè)備的匹配設(shè)計(jì) 　　初級(jí)泵站高壓變頻器與尾礦輸送設(shè)備匹配設(shè)計(jì)的原則依據(jù)為：采用“直高”變頻器技術(shù)，電壓等級(jí)6 kV；變頻設(shè)備體積要小，允許占有最大空間2350mm×1200mm×5000mm（高×寬×長）；變頻設(shè)備要求重量輕，廠房結(jié)構(gòu)允許最大承重量4500kg；變頻設(shè)備內(nèi)設(shè)電源輸入高壓真空斷路器，距離6kV控制室l00m；高壓變頻器系統(tǒng)控制方式采用開環(huán)控制，分7段頻率輸出與工藝流程相對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話控制；高壓變頻器系統(tǒng)具備多功能的電信號(hào)保護(hù)和足夠的過載能力，保證高壓變頻系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)目標(biāo)是月節(jié)能4×104kW·h。 　　根據(jù)初級(jí)泵站環(huán)境與工藝流程要求，在遵守設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，通過調(diào)研、比較、論證，最終確定了初級(jí)泵站應(yīng)用高壓變頻器技術(shù)的設(shè)計(jì)方案。最終選用的高壓變頻設(shè)備由4臺(tái)箱柜組成，總體積2200mm×1200mm×4970mm（高×寬×長），設(shè)備總重量不大于3500kg。其中2#變頻柜長1600mm，內(nèi)裝整流橋單元和逆變橋單元；3#系統(tǒng)控制柜長970mm，內(nèi)裝控制電路、保護(hù)電路和人機(jī)對(duì)話顯示系統(tǒng)。4#低壓柜長800mm，內(nèi)裝低壓電源支持配電設(shè)備；1#開關(guān)濾波柜長1600mm，內(nèi)裝開關(guān)單元、電抗器單元、濾波器單元及主變頻電路。為了確保尾礦初級(jí)泵站在生產(chǎn)月內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)率100%，按全年二次全廠停車檢修時(shí)間計(jì)算，要求高壓變頻器能夠達(dá)到連續(xù)運(yùn)行750h以上，無故障運(yùn)行4500h以上。以此確定高壓變頻器的設(shè)計(jì)必須達(dá)到450kW，從而保證系統(tǒng)過載能力100%，為實(shí)現(xiàn)高壓變頻系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，在高壓變頻器控制系統(tǒng)中引人過流、短路、缺相、欠壓、過壓、接地、過熱、過載和電涌共9種功能保護(hù)為防止功率器件在系統(tǒng)異常狀態(tài)時(shí)損壞，設(shè)置主器件工作性能保護(hù)電路。為最大化的滿足初級(jí)泵站生產(chǎn)工藝流程控制，在3#控制柜板面設(shè)置變頻器指令元件，具有啟動(dòng)、停車、頻率分段調(diào)節(jié)和狀態(tài)指示功能；在3#柜控制柜版面還設(shè)置人機(jī)對(duì)話窗口，主控畫面靜態(tài)顯示變頻系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀況，移動(dòng)畫面通過觸摸顯示變頻系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)溫度和電能參數(shù)。 　　4 安裝與調(diào)試 　　從高壓變頻器技術(shù)在初級(jí)泵站的實(shí)用出發(fā)，在市場(chǎng)調(diào)研和技術(shù)論證基礎(chǔ)上，通過對(duì)制造費(fèi)用的資金投人和節(jié)電效益的綜合分析，高壓變頻器委托成都佳靈電器制造有限公司生產(chǎn)。高壓變頻系統(tǒng)設(shè)置7段頻率分段控制功能，輸出頻率在5～60Hz之間任意選擇以適應(yīng)初級(jí)泵站工藝流程需要。高壓變頻器的安裝不但要能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行操作的要求，而且也要充分考慮設(shè)備的檢修維護(hù)和巡視檢查的高壓電氣安全要求。高壓變頻系統(tǒng)完成實(shí)體連接后，進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試和模擬運(yùn)行，在調(diào)試過程中解決了方案設(shè)計(jì)存在的系統(tǒng)控制技術(shù)上的缺陷，使頻率的分段區(qū)間最優(yōu)化地包含工藝流程可能出現(xiàn)的變化，從而確保高壓變頻系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，促使電能節(jié)約的最大化。高壓變頻系統(tǒng)投人運(yùn)行后，通過跟蹤檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集分析結(jié)果令人滿意。采集的數(shù)據(jù)如表1所列，而數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)后列于表2。由表1和表2可見，該高壓變頻系統(tǒng)遵循設(shè)計(jì)原則，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。 　　5 結(jié)語 　　高壓變頻器技術(shù)應(yīng)用于尾礦初級(jí)泵站取得成功，高壓變頻器系統(tǒng)無故障連續(xù)運(yùn)行已達(dá)4000h，高壓變頻設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，月節(jié)約電能平均達(dá)到5×104kW·h。