高壓變頻器在礦漿管道輸送系統(tǒng)中的應用

崔桂梅 趙琪亮

摘 要：隨著漿體管道輸送技術的發(fā)展，長距離漿體管道輸送已經發(fā)展為一種先進的運輸技術，這種運輸技術不僅可靠成熟、而且經濟有效。該文以包鋼礦漿管道輸送系統(tǒng)為背景，簡要敘述了系統(tǒng)的概況，介紹了西門子羅賓康高壓變頻調速技術在管道輸送系統(tǒng)中的應用，并對高壓變頻器進行選型，分析了高壓變頻器的系統(tǒng)結構、工作原理及設計接口，給出了礦漿管道輸送系統(tǒng)中礦漿主泵、變頻器、電機的傳遞函數。

關鍵詞：高壓變頻器 礦漿 管道輸送

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（a）-0055-02

包鋼礦漿輸送管線全長145 km，年輸送量550萬噸，設計運行壓力13.9MPa，系統(tǒng)配備3臺活塞隔膜泵，配用電機為西門子1RQ4高壓異步電動機，額定參數為：P=1265 KW，U=6.6 kV，I=128 A，采用高壓變頻器驅動電機調速，利用電磁流量計檢測主管道流量，并將通過處理的信號送至控制器，根據設定程序要求控制主泵變頻器的輸出頻率，達到管道輸送的技術要求。

1 高壓變頻器的選型及基本原理

1.1 高壓變頻器選型

西門子羅賓康高壓變頻器采用單元串聯(lián)技術，10 kV 輸入、6 kV高壓輸出，屬于高-高型電壓源變頻器[1]。根據礦漿主泵驅動電機選型參數，變頻器的主要參數為：型號6SR3102-6MF42-5FF0，額定功率1506 kW，額定電壓10 kV，頻率50 Hz。

1.2 高壓變頻器原理

西門子羅賓康高壓變頻器采用了單元串聯(lián)多電平技術，高壓可直接輸出。系統(tǒng)主要由移相變壓器，功率單元，控制器3部分組成。變頻器輸入側通過移相變壓器將電能輸送至所有的功率模塊，移相變壓器的副邊繞組一共包括3組，通過多脈沖構成多級相疊加的整流方式。該整流方式使得變頻器網側電流波形得到了改善，有效地提高了功率因數。功率單元采用非常普遍的交-直-交單相逆變電路，利用IGBT進行PWM控制，能夠得到單相正弦PWM波形。輸出部分的每臺功率單元的U、V輸出端串接成星型接法為電機提供電源，通過重組所有單元輸出的PWM波形，就能夠形成階梯正弦PWM波形[2]。

2 高壓變頻器的控制接口

（1）開關量—變頻器提供。

待機狀態(tài)：變頻器備啟動的條件；運行狀態(tài)：變頻器運行中；控制狀態(tài)：顯示變頻器操作權限為遠程/本地控制；輕故障：變頻器發(fā)出報警信息；重故障：變頻器出現(xiàn)嚴重問題，輸出切斷。

（2）數字量—由外圍提供給變頻器。

遠程啟動命令：變頻器開始輸出；遠程停止命令：變頻器停止輸出。

（3）模擬量—變頻器提供。

變頻器能夠提供兩路4～20 mA電流輸出。定義參數包括：輸出頻率，輸入或輸出電流，閉環(huán)給定值，輸入電壓，實際反饋值等。

（4）模擬量—由外圍提供給變頻器。

變頻器提供四路4～20 mA的電流輸入接口，定義參數包括：壓力反饋或給定轉速，以及給定頻率等。

（5）其它接口。

兩路由變頻器提供給高壓開關柜。緊急高壓分斷：當變頻器出現(xiàn)嚴重的故障時，高壓自動斷開；允許高壓合閘：變頻器經過自檢，允許高壓送電。高壓開關的分閘信號：當高壓開關在分斷位置上時，通過閉合節(jié)點將信號送至變頻器[3]。

3 礦漿管道輸送系統(tǒng)分析

3.1 礦漿管道輸送的特點

管道輸送中的漿體為固液兩相流體，漿體的流動不但會受到流體粘度限制，與此同時，還會受到固體濃度的限制，還包括流態(tài)，溫度與顆粒組成等。漿體在管道輸送中還具有阻力大，流動性比較差以及粘性比較高的問題[4]。

3.2 礦漿管道輸送系統(tǒng)傳遞函數

礦漿管道輸送系統(tǒng)主要包括：礦漿主泵、驅動電機、高壓變頻器以及相應的壓力、流量測量儀表、控制器等，其控制系統(tǒng)原理如圖1。

3.2.1 變頻器環(huán)節(jié)

變頻器的輸出頻率與控制器的輸出值之間成正比。將變頻器輸出電壓與控制器輸出用一個一階慣性環(huán)節(jié)表示如式（1），式（1）中：為變頻器電壓、頻率總增益系數，為慣性時間常數。

3.2.2 異步電動機環(huán)節(jié)

長距離礦漿礦的動力源是變頻器驅動的交流電機，借鑒工程經驗，變頻器的輸出電壓與異步電動機輸出角頻率的近似傳函為式（2），式（2）中：為異步電動機的傳遞函數，為 異步電動機的慣性時間常數。

3.2.3 礦漿主泵環(huán)節(jié)

將主泵的相關參數合并，那么關于流量的公式就可以設為，為每分鐘活塞運行次數；與電機轉速成正比，；可得到礦漿泵輸出流量與電機角頻率的簡化傳遞函數為式（3）。

將電機與變頻器以及礦漿主泵傳函合并，系統(tǒng)的延遲環(huán)節(jié)可以通過表示；為 延遲時間常數。最后簡化為式（4），式（4）中：令；，將系統(tǒng)簡化成一個一階慣性延遲環(huán)節(jié)。

4 結語

此次以高壓變頻調速技術在包鋼礦漿管道輸送系統(tǒng)中的應用進行研究，其具備的穩(wěn)定性以及實效性能夠滿足礦漿輸送要求，應用效果良好。

參考文獻

[1] 郭凌可，李洪波.羅賓康NBH高壓變頻器在帶式輸送系統(tǒng)中的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2013，12（11）：121-122.

[2] 湯倫發(fā)，徐剛.高壓變頻器在大落差礦山皮帶輸送機驅動控制系統(tǒng)中的應用[J].新世紀水泥導報，2014，10（3）：55-59.

[3] 陳鼎智.高壓變頻器在高產高效煤礦主斜井帶式輸送機中的應用[J].煤礦機械，2013，10（4）：221-222.

[4] 田飛，周彪，朱紅波.高壓變頻器在礦井帶式輸送機中的應用[J].煤礦機電，2012，10（1）：116-117.