690V变频调速系统在涤纶短纤维生产后纺装置上的应用

本文介绍690V变频调速技术在仪征化纤股份公司短纤生产中心年产九万吨大容量直接纺涤纶短纤装置上的应用,探讨690V供配电在化工生产装置上的应用。

一、项目概况

仪征化纤股份公司于2003年7月1日建成投产的年产9万吨涤纶短纤维生产装置,采用的是将聚酯工艺生产出的熔体直接输送至纺丝侧纺丝成型的生产工艺,与切片间接纺相比,具有生产规模大、工艺流程少、设备投资省等优点。该装置共有两条大容量纺丝生产线,单线生产能力4.5万吨/年。其主流程为:

聚酯终聚釜→两台输送泵→三通阀→增压泵→过滤器→热交换器→静态混合器(六台)→纺丝箱体→纺丝组件→环吹→上油环→卷绕机→牵引机→喂入轮→往复→集束架→导丝架→导丝机→浸油槽→第一牵伸机→水浴槽→第二牵伸机→蒸汽箱→热定型机→冷却机→(第三牵伸机)→叠丝机→三辊张力机→张力控制器→卷曲预热箱→卷曲机→喷油箱→干燥机→捕丝器→张力架→切断机→打包机。

常将往复前的工艺流程称为前纺,往复后的工艺流程称为后纺。

二、后纺电气系统

后纺自动控制装置采用基于PLC的现场总线形式的控制系统,实现对生产过程的自动控制和生产管理。控制系统主要采用西门子公司的PLC和变频器,通过上位机监控、操作。PLC与上位机之间采用工业以太网通讯,PLC与变频器、ET200M从站、触摸屏OP27以及电机控制器3UF50(基于微处理的智能电机控制器)之间通讯采用PROFIBUS-DP现场总线通讯,系统自动化程度较高。

为大容量纺丝生产装置主生产流程设备配套的电机功率从0.37KW至785KW,每条线装备电机近百台,化纤生产工艺的特点要求主流程上的绝大多数电机采用变频调速,且对同步有较高的要求。大功率需变频调速的电机主要集中在后纺生产装置。

为满足装置对电气传动的要求,项目设计时后纺装置采用400V、690V电压供电。仪化公司电力系统主网供电电压10KV,现场通过两台S9-M-800/10.5变压器,给后纺MCC提供380V电源。小功率电机,照明、UPS、现场仪表及检修用电源采用常规交流380V电压供电。

后纺大功率电机需变频调速,为抑制谐波,使用十二脉冲整流变压器。通过两台ZBSS9-M-2500/10变压器(容量2500/2*1250KVA,额定电压10.5/0.69KV),给整流单元提供690V电源。后纺装置配电示意图见图一。

690V变频调速系统在涤纶短纤维生产后纺装置上的应用

图一:后纺配电示意图

整流变压器接线示意图:

690V变频调速系统在涤纶短纤维生产后纺装置上的应用

图二:整流变压器接线示意图

从整流变压器来的两路交流690V电源,经两台SIEMENS 3WN6断路器,接入整流单元,整流单元的型号为SIEMENS 6SE7041-3HK85-0AA0,1000KW/1285A,两台整流单元输出并联连接,作为变频调速系统的公用直流母线。整流单元输入电压交流3 AC 660~690V,输出直流电压为890~930V,±15%。整流单元接线示意图见图三。

690V变频调速系统在涤纶短纤维生产后纺装置上的应用

图三:整流单元接线示意图

690V逆变单元均采用共直流母线方式,整流单元、逆变单元、PLC间的协调、控制通过PROFIBUS—DP总线来实现,采用DP总线,大大简化了控制回路,柜内接线简洁。每条后纺生产线整流单元直流母线驱动逆变单元。以紧张热定型Ⅰ为例,接线示意图见图四。

690V变频调速系统在涤纶短纤维生产后纺装置上的应用

图四:紧张热定型Ⅰ逆变单元接线示意图

三、运行中发现的问题:

自2003年7月建成投产以来,年产9万吨涤纶短纤维生产装置运行平稳,出现的问题主要是大功率的变频器驱动的电机运行一段时长后,产生不正常噪声,检查发现电机轴承磨损严重,存在轴承电流问题。

这是因为采用变频器供电,电压波形中存在着相当多的高频分量,这些高频分量除了通过变频器与电机绕组构成回路外,还通过绕组与定子铁心间以及转轴、端盖、机座和接地线等之间形成寄生电容。这些电容的值一般为nf级,在工频供电时其冲放电过程形成的容性电流很小,可以忽略不计。

当此高频分量较大时,轴电流密度可达数十安培/mm2。由于轴承的滚珠与滚道上有可能存在凸出点,旋转时通过该处的轴承电流断开,从而引起电弧,灼伤金属表面,大量积累从而引起轴承的损坏。现场运行的大功率变频电机使用的是绝缘轴承(图五),目前我们采取了转轴经碳刷接地的方法来减小高频轴电流,进一步保证电机的可靠运行,效果较为理想。

690V变频调速系统在涤纶短纤维生产后纺装置上的应用

图五:绝缘轴承

四、建议

随着生产装置规模不断扩大,电机功率也越来越大,对传统10/0.4KV配电方式提出了挑战。与400V供电相比,采用690V供电,额定电流降低,导体截面积减小,降低了能量损耗,增大供电半径。国家电网公司新版《电力安全工作规程》已明确对地电压在1000V以下为低压,690V供配电技术、设备也已成熟。

目前,绝大多数化工装置特别是公用工程所有电机,一般功率在200KW至100KW, 200KW以上的电机一般采用6KV、10KV电机拖动,随着全社会节能意识的提高,对分机、水泵采用变频调速无疑是首选方式。

2006年SIEMENS 6SE7036-5WK60价格约为34.5万元/台,整流单元6SE7041-3HK85价格约为15.4万元/台,与6KV中压变频相比,690V变频传动投资远低于6kV中压变频,且690V变频器质量更为可靠,操作维护更为方便。

我们现场使用的690V变频传动拖动的最大电机功率为785kW。考虑到目前大多数电气设备额定电压400V,笔者认为新上化工装置特别是公用工程应同时使用400V、690V供电。只要采用封闭式接线,禁止私拉乱接,按规程进行操作、维护,采用400V 、690V供电安全就有保证。800KW以下大功率电机需采用变频调速,更应优先选择690V这一电压等级,相信690V变频传动的应用会越来越广。

(摘编自《电气技术》,原文标题为“690V变频调速系统在涤纶短纤维生产后纺装置上的应用及推广”,作者为张如俊。)

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