鞍钢铁矿尾矿渣浆泵变频电机集成装置
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1 引言
鞍钢齐大山铁矿选矿厂根据生产发展需要，8台尾矿渣浆泵分成4个系统(支路)，每个系统有2台泵串联运行。平峰时4个系统两工两备，向100米高的山顶蓄水池输送尾矿渣浆。
离心式泥浆泵 型号：250pn；流量：830m3/h；扬程：57.5米水柱;转速:590r/min;石家庄水泵厂制造。
电动机型号：js1512-8；额定功率：630kw；额定电压：6kv；额定电流：74a；额定转数：735r/min；定子绕组接法：y；沈阳电机厂制造。
尾矿渣浆泵是选矿生产的主要设备之一，渣浆泵正常安全工作在整个选矿系统中起着至关重要的作用。为适应对渣浆泵的排放量调节需求，特别是电动机增容需求，特选用鞍山市权晟电子电力有限公司制造的专利产品“增容型高—低压变频调速集成装置”(中国专利授权号：200410021252.9)。变频控制部分采用高质量的vacon变频器，矢量控制型vacon变频器完全可以满足工业环境下应用要求。使得控制系统可靠性高、编程简单、易于维护。在确保生产尾矿量变化的前提下，既能满足排放量和管道压力的调节要求，又能最大限度地节约能源。
2 增容型高—低压变频调速集成装置简明原理
该变频装置由多功能变压器t、低压大功率变频器f、利用普通高压电动机改压增容的变频调速电动机hm＇等部分组成。
本项目就是利用6kv、630kw、8极笼型电动机，通过采用“中压绝缘”和低压接线方式，增容为730kw。又利用多功能变压器隔离并抑制来自变频过程中产生的高次谐波。
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2.1增容型变频装置配置
增容型高—低压变频调速设备选型：qshlvf800-o6/0.69
装置配置:
(1)多功能变压器8台。选用s9m-1250kva节能型免维护全密封无油枕变压器；环境温度+40℃时，允许温升55℃；兼有提供变频电源电压、工频电源电压、隔离与抑制高次谐波等多项功能。
(2)电机型号：js1512-8；额定功率：630kw；额定电压：6kv；额定电流：74a；额定转数：735r/min；定子绕组接法：y；沈阳电机厂制造。电动机进一步增容改造成电压690v变频调速730kw电动机额定功率：730kw；额定电压：690v；额定电流：764a；额定转数：735r/min；定子绕组接法：4路△接。
(3)变频器选用芬兰伟肯(vacon)公司原装690v、800kw规格的变频器，其无故障运行时间达500000小时，容许电压波动－15%+10%，属世界一流技术和一流产品，经负载动态实验。
(4)现场操作箱(盘)安装在电动机近处，面板上设有启动和停机按钮、多圈电位器调速旋钮、local/remote切换开关、电动机运行电流和转速数显仪表，以及故障声光报警器等。
2.2 增容型变频装置技术规格
输入电压：3相6kv -15%～＋10%；
输出功率：800kw；
输出频率：0～50hz；
效 率：96%以上；
功率因数：0.95以上；
电压总谐波：小于2%（远低于国家标准gb/t14549—93《电能质量公用电网谐波》针对6kv电网的限定值为4%，本方案业经东北电力谐波站多次现场测试，仅为1.1%～1.3%）；
启动模式：变频软启动，启动电流不超过额定电流；
系统控制：local/remote切换；local即本地操作箱现场操作,remote即通过rockwell plc devicenet现场数据总线实现起、停控制，变频调速。
变频柜外形尺寸：
2200(高度)+2400(宽度)+800(厚度)mm。
2010(宽度)×1770(高度)×1230(厚度)mm，轨距：820mm。
3 系统工作原理概述
每台尾矿渣浆泵要求具有两种控制方式：机旁的直接频率控制和上位机的集中控制。
选矿三相电源为6000v交流电，考虑到高压电机变频控制一次性投资大，安全性差等原因。采用增容型高-低压变频调速集成装置，用降压变压器把6000v电压降为690v，再采用电压等级为690v的芬兰伟肯vacon变频器进行变频控制。电机也由高压6000v电机改压为690v电机，降低了投资，提高了系统的可靠性。
芬兰伟肯vacon变频器具有可编程功能。vacon编程工具vacon nc1131-3 engineering是一个符合iec61131-3标准的图形化的编程工具，它可以用来设计vacon nx特殊的控制逻辑和参数。它包含了基本功能模块和高级功能模块，如各种滤波器，pid控制器和积分器。nc1131-3可以创建参数，故障信息和其他与应用相关的特性。
根据控制要求采用伟肯vacon变频器的多目标控制应用宏，多目标控制应用宏具有两地控制功能，分别为源a和源b控制，其中源a控制为集中控制方式，源b控制为直接频率控制，伟肯变频器控制端子接线图如图2。
变频器输入信号有：
p1 ：源b电位器频率给定值。
k1 ：源a/b电机起动／停止。
k3 ：故障复位。
k6 ：控制源a／b选择端子。
变频器输入信号有：
模拟量ao1：电机转速。
继电器ro1：变频器故障。
继电器ro2：变频器运行。
开关k6闭合时源a控制有效，控制方式为remote集中控制，即通过rockwell plc devicenet现场数据总线实现起、停控制，变频调速。
开关k6断开时源ｂ控制有效，控制方式为直接频率控制，给定值为电位器p1的设定值ai1，变频器的起动、停止控制由k1控制，根据风压设定值控制风机转速使得矿井风压达到要求值。
开关k3用于变频器故障复位。模拟量输出ao1设定为电机转速，送给控制盘上的转速表显示电机转速，继电器ro1用于变频器故障指示，继电器ro2用于变频器运行指示。
4 节省有功功率
根据流体类风机、泵负载有以下关系：p(电机轴功率)∝ f3(频率)
如保持现在所需出口压力和流量，平均运行频率点为：50hz×610/735≈41.5hz
(1)节电率
[1－(41.5hz/50hz)3]×100%≈31%
(2)年节电量
变频调速年节电量：630kw×31%×8760小时（年均运行时间）×1/2（工/备比率）≈85.5万kw·h/a
去掉液力偶合器年节电量：630kw×（1—90%效率）×8760小时（年均运行时间）×1/2（工/备比率）≈27.6万kw·h/a
冷却水泵年节电量：30kw×60%（负荷率）×8760小时（年均运行时间）×1/2（工/备比率）≈7.9万kw·h/a
三项合计年节电量：85.5+27.6+7.9=121万kw·h/a
（3）年节电价值
0.4元/ kw·h×121万kw·h/a=48.4万元
(4)投资回收期
变频装置的投资回收期：2年。
(5)节省无功功率
电动机的功率因数可由目前的0.85以下提高到0.95以上。
(6)延长设备大修期
由于实现软启动和降低转速运行，故可延长风机和电动机的大修期和使用寿命，从此全部根除了液力偶合器引发的事故。
(7)改善作业环境
去掉液力偶合器、浆渣泵及电动机实现长期低速运行后，会显著降低泵房温度和噪音，从而改善劳动作业环境。
5 增容型高－低压变频调速集成装置与其他变频调速方法相比
(1)高效率
本变频系统效率大于96%。其中变频器的额定效率为98%左右，节能型变压器的额定效率为98.8%左右，电动机因放大了线规从而降低了电流密度和铜损，其额定效率可提高了0.5～5个百分点，本项目电动机效率即提高了5个百分点。
(2)高可靠性
一是采用无油枕全密封变压器或者干式变压器均系免维护类型。
二是选用技术成熟的低压大容量变频器安全可靠。其中易损件之一内冷却风扇的使用寿命为8年(其他变频器说明书标注2～3年)。
三是利用高等级绝缘的电动机运行在低压变频工况下，绝缘寿命可谓无限长。
四是备有变频/工频切换开关，万一变频器发生故障还可及时切换到工频启动—运行模式，即使是工频运行，电动机仍可实现增容。
(3)低压安全
由于变压器将高/低压隔离，从变压器的输出侧→变频器→电动机的运行电压只有几百伏，颇有安全感，便于操作和维护。同时消除了电动机的高压电晕和变频器的高压吸尘弊端。
(4)省工期
本变压器的制造周期只要半月；变频器的供货周期只需1～2月；高压电动机增容改压约1个月左右；控制柜加工不超过1周；安装(包括敷设低压动力电缆和控制屏蔽电缆，无须重打地基和更换对轮)约1周左右，当天调试当天投运。总施工期(即见效期)仅为1～3月。
(5)省投资
由于该装置成本低，又增容，见效快，故投资回收期一般约为1～2年左右。本项目的投资回收期约为2年之内。
(6)省能源
节电率一般为20%～50%，本渣浆泵目前实测节电率为30%以上。
(7)省原材料
在同等原材料和元器件配置前提下，本方案能提高电动机的额定功率1个等级；在同等功率前提下，增容变频方案可节省制造高压电动机的钢材10%～20%，节约高压绝缘材料40%～60%。
全系统操作简便，设备维护量小，有效减低了渣浆泵噪声，减小了电机起停过程对电网和设备的机械冲击，延长设备的使用寿命，提高了效益。此种方案在矿业渣浆泵控制具有的推广运用前景。
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