Sementtilaitoksen muuntajan valintanäyttö: Mittojen määrittäminen hienonmurskauslaitteiden käynnistysten, ylätaajuuskomponenttien ja pölyn varalta

Länsi-Afrikassa sijaitseva jauhemosoittauta pyysi meitä uudelleen tarjoamaan 8 MVA:n laitteen viime neljänneksellä. Alkuperäinen sementtilaitoksen muuntaja oli tilattu hienonmurskauslaitteen käyttökuorman perusteella, ja yhdentoista kuukauden ajan se oli alentanut väylän jännitettä niin paljon jokaisen raakajauhimon käynnistyksen yhteydessä, että jauhimon käynnistin ei ollut kyennyt pitämään kytkintä kiinni. Kukaan ei ollut mitannut käynnistyskVA:ta. Kaikki olivat olettaneet, että muuntaja oli ongelma – tai vielä pahemmin, että sitä ei ollut ongelma.

Sementti on yksi harvoista teollisuuden aloista, jossa sähkökuorma koostuu muutamasta erinomaisen suuresta moottorista, jotka käynnistetään kuormitettuina, toimivat kuukausia ja eivät koskaan oikeasti lepää. sementtilaitoksen muuntaja tällainen tehtävä vaatii kaksinkertaista suorituskykyä: laite kestää jatkuvaa vuorokautista kuormaa ja samalla sitoo koneiden käynnistysvirran, jonka näennäinen teho on useita kertoja sen omaa nimellistehoa suurempi. Jos jompikumpi näistä kahdesta vaatimuksesta jää täyttämättä, vika ilmenee käyttöönoton aikana, ei tehdastestin aikana.

 

 

 

Mitä sementtilaitoksen kuormaprofiili tekee standardispecifikaatiolle

Moderni sementtilaitos kuluttaa noin 110–120 kWh sähköenergiaa tonnia kohden sementtiä, ja sähkömoottorit muodostavat suurimman osan tästä luvusta – alan arvioiden mukaan moottorikuorma vastaa 65–75 prosenttia laitoksen sähkönkulutuksesta. Kuorman raskain osa keskittyy murskaukseen: raakahiutalekoneeseen, sementtihiomakoneeseen ja uudemmissa linjoissa rullapressiin, joista jokaiseen vaikutetaan päämoottorilla, jonka teho on 3–6 MW-luokassa.

Kysyntäpuoli on samaa mieltä. Yhdysvaltojen energiaministeriön tutkimus sementtilaitosten sähkönkäytöstä tunnistaa suuret jauhinkoneet suurimmiksi yksittäisiksi sähkökuormiksi paikalla, ja huomauttaa, että näitä laitoksia käytetään yleensä jatkuvasti kuukausia peräkkäin ilman pysähyksiä. Molemmat luvut vaikuttavat eritelmään: laitos, jolla ei ole päivittäistä kuormitusjaksoa, kuluttaa pitkiä aikoja nimelliskuormastaan 0,8–0,9 osaa, mikä on eri lämpötilatekninen haaste kuin teollisuuslaitos, jonka kuorma kohoaa kahdesti päivässä. Sektoritasoisesta kontekstista pidetään kirjaa IEAn sementtisektorin sivulla , ja taustalla olevat laitosdatat ovat peräisin LBNL:n ja DOE:n sementti teollisuuden tutkimuksesta .

Kolme eritelmän määritystä jää useammin kuin muut sementtiprojekteissa vajaaksi: moottorin käynnistyskVA, jauhinkoneiden ohjainten harmoniset päästöt sekä laitoksen todelliset ulkoilma- ja pölyolosuhteet. Tämän oppaan loput käsittelivät kunkin näistä järjestyksessä, jossa ne yleensä aiheuttavat ongelmia.

 

Mitattava moottorin käynnistystehon mukaan, ei käyntitehon (kW) mukaan

Tyypillinen tarjouspyyntö saapuu liitetyllä kuormalla kilowatteina ja pyynnöllä "muunnettu muuntaja". Tämä ei ole riittävästi tietoa sementtilaitoksen muuntaja muuntajan mitoittamiseen. KäynnistyskVA määrittää jännitepudotuksen, ja käynnistyskVA riippuu lukittujen roottorien virrasta, ei käyttötehosta.

Ota esimerkiksi 4 MW:n, 6,6 kV:n raakahiomokoneen moottori, jonka lukittu roottorivirta on kuusi kertaa nimellisvirta, hyötysuhde 0,94 ja tehokerroin 0,90. Moottorin nimelliskVA on noin 4,7 MVA, joten käynnistyskVA on noin 28 MVA — noin kuusi kertaa moottorin nimellisnäennäisteho. Seuraavaa pistorasiapudotusta voidaan arvioida kaavalla (käynnistyskVA × muuntajan impedanssi %) ÷ muuntajan teho. Jos jätetään huomiotta syöttöimpedanssi, mikä on sallittua vain jäykässä verkossa, laskutoimitus näyttää tältä:

Muuntajan nimellisteho	Impedanssi	Arviolainen pistorasiapudotus 28 MVA:n hiomokoneen käynnistyksessä	Käytännön havainto
6 MVA	7.5%	35%	Hiomokoneen käynnistin ei pysy kiinni; moottorinsuojauksen kytkentä tapahtuu
10 MVA	7.5%	21%	Epävarma – vaatii alennettujännitekäynnistyksen tai pehmeän käynnistyksen
16 MVA	8.0%	14%	Toimii vakaalla virranlähteellä; tarkista ylemmän tason oikosulkuvirtataso
20 MVA	8.0%	11%	Mukava käynnistys, mutta varmista oikosulkukestävyys

 

Muuntajan mitoitus sementtilaitoksella alkaa siis moottoriluettelosta eikä liitetyn kuorman kokonaismäärästä. Nämä luvut olettavat, että hienonmittauskone on ainoa suuri moottori, joka käynnistyy, ja että lähteen oletetaan olevan niin vahva, ettei sitä tarvitse ottaa huomioon. Käytännössä heikko verkkojohdin rajoittaa jännitepudotusta riippumatta muuntajan koosta, ja ratkaisuksi tulee pehmeä käynnistin, taajuusmuuttaja tai moottorin käynnistystutkimus eikä suurempi muuntaja öljyyn Upotettu Muuntaja .Moottorin käynnistysjännitepudotus, lukkiutuneen roottorin virta ja impedanssi käsitellään tarkemmin moottorin käynnistysoppaassamme.

 

Yläharmoniset taajuudet: Miksi ajossa ystävällinen spesifikaatio yleensä pysähtyy puolivälissä

Useimmat viime vuosikymmenen aikana rakennetut tai päivitettyjä sementtilinjat käyttävät muuttuvan taajuuden säätömoottoreita (VFD) myllyjen ja tuulien ohjaukseen, ja kuusipulssinen säätömoottori aiheuttaa ennen suodatusta virta-aallonmuodon, joka on rikas viidennellä ja seitsemännellä ylätaajuudella. Nämä virrat aiheuttavat kaksi asiaa: ne vääntävät tehdasverkon jännitettä ja synnyttävät ylimääräisiä pyörrevirtahäviöitä muuntajan käämityksessä, mikä ilmenee paikallisina kuumina pisteinä eikä öljyn lämpömittarin näyttämänä yleisenä lämpötilan nousuna. Tämän seurauksena sementtilaitoksen muuntaja käämityksen kuumat pisteet – ei yläöljyn lämpötila – muodostavat rajoittavan tekijän.

IEEE 519 -standardi määrittelee harmonisten virtojen rajat, jotka mitataan yhteisen liitoskohdan (PCC) kohdalla, ja tyypillisissä tehdasverkon oikosulkusuhde-olosuhteissa kokonaistekijän vääristymäraja jää yksinumeroiselle alueelle – siksi hyödyllinen verkkoliitosarviointi vaatii mitattua noudattamista, ei väitettyä K-luokittelua. muuttuvan taajuuden säätömoottorien harmoniset virrat ovat siis erityyppinen määrittelytekijä, ei alapuolella esiintyvä ongelma.

K-tekijän muuntajat ovat tarkoitettu juuri tällaiseen kuormitukseen, ja ne ovat yleinen ratkaisu, jos muuttuvan taajuuden säätömoottorien harmoniset virrat ovat läsnä suurella määrällä. K-tekijän numero on harmonisten järjestysten yli laskettu summa, jossa jokaisen harmonisen virran suhteellinen arvo neliöidään ja kerrotaan sen järjestysluvun neliöllä: 25 prosentin viides harmoninen aiheuttaa yksinään 0,25² × 5² = 6,25 yksikköä virtahäviötä. K-4-, K-9- ja K-13-yksiköt on suunniteltu siten, että käämien ja ytimen häviöt pysyvät suunnittelun mukaisella gradientilla kyseisessä spektrissä, ja merkintä on määritelty UL:n kuivatyypin muuntajien standardissa.

Suurille öljyyn Upotettu Muuntaja yksiköille pelkkä K-luokitus ei riitä kokonaisratkaisuna. Lämpöongelma käsitellään alakäyttöön asettamalla yksikkö todellisen harmonisen spektrin perusteella, kuten IEEE C57.110-standardissa kuvataan, sekä pyytämällä toimittajaa esittämään harmonihäviöiden laskelmat eikä pelkkää nimikilven lisämerkintää. Jos spektri on ankara, usein edullisempi tekninen ratkaisu sijaitsee verkon yläpuolella: kaksitoista pulssin konfiguraatio, aktiivinen etupää tai sovittamaton suodatinpankki moottorikäyttölinjalla.

 

Pöly, lämpö ja jäähdytys: Paikan olosuhteet, jotka määrittävät koteloinnin

Muuntajan lämpötilan nousu on määritelty enintään 40 °C:n ympäröivän lämpötilan perusteella tyypillisessä IEC 60076 -standardissa. Sementtilaitokset Persianlahdella, Sahelilla ja eteläisen Aasian osissa sijaitsevat tavallisesti 45–50 °C:n varjossa, ja kuumuus kilnien kuorista ja esikuumennustornien säteilyltä lisää paikallista kuormitusta. Viiteympäristölämpötilan ylittyessä laitetta on käytettävä alennetulla teholla tai tilattava pienemmällä suunnittelussa huomioitulla lämpötilaeron gradientilla — sama teholuokitus aiheuttaa vain korkeamman käyttölämpötilan ja nopeamman vanhenemisen.

Pöly on ongelman toinen puoli, ja se on ensisijaisesti jäähdytysongelma ennen kuin se on siivousongelma. Sementti- ja raakaseoksen pöly on hienojakoista, empiiristä ja lievästi johtavaa, kun se imee kosteutta, jolloin se muodostaa virtauspolkujen yli ohitusreittejä eristyskannattimien ja liitäntälaatikoiden ympärille. Se täyttää myös aaltopellin säiliöiden seinämien ja radiattorisiiven väliset välistöt, joiden kautta suuri öljyyn Upotettu Muuntaja luovuttaa suurimman osan lämmöstään. Pakotetusti jäähdytetyn laitteen suodattimet tukkeutuessa menettävät kokonaan pakotetun jäähdytyksen luokituksen ja laskeutuvat takaisin itsejäähdytetyn laitteen luokituksen tasolle juuri silloin, kun tehdas toimii kovimmillaan.

Mitä tämä tarkoittaa eritelmävaiheessa: laajemmat siivet tai säteikön välimatkat pölyisillä paikoilla, IP54- tai parempi päätöskaappi, tiivisteet ja tiivistysrenkaat, jotka kestävät empiä pölyjä, sekä ylläpidetty erotuspaineen ilmaisin kaikissa pakotetusti jäähdytetyissä ryhmissä, jotta huoltotiimi voi havaita suodattimen tukkeutumisen ennen kuin se vähentää kapasiteettia. Kun kuivatyypin muuntaja asennetaan sisätiloihin MCC-huoneeseen, kotelointia valittaessa noudatetaan samaa logiikkaa – suodatin, tiiviste ja puhdistusten aikatauluttaminen. Muuntajat, jotka on eriteltävä kuumille ja pölyisille paikoille noudattavat vertailtavaa sääntöjoukkoa.

 

Vaadittavat todistukset ja testitulokset FAT-vaiheessa

Pohjoisamerikkalaisissa sementtiprojekteissa sertifiointikysymys ratkaistaan ennen suorituskykykysymystä, koska tarkastaja saapuu listalla. Nestemäisellä ja kuivalla tyypillä varustettujen muuntajien on oltava luokiteltu niiden kategoriaa vastaavasti; kanadalaisissa kohteissa vaaditaan CSA-merkintöjä tai tunnustettua vastaavaa merkintää, ja IEC-markkinoilla noudatetaan IEC 60076 -standardia, jossa IEC 60076-11 koskee kuivatyypin muuntajia. Nestemäisellä nesteellä jäähdytetyille muuntajille asetetut yleiset vaatimukset ja testimenetelmät on määritelty IEEE C57.12.00 - ja IEEE C57.12.90 -standardeissa.

Tehdasvastaanottoon liittyvä testaus on se vaihe, jossa sementtiprojekti saa tai menettää käyttöönottoaikaansa. Perustestit ovat suhde, napaisuus, käämien vastus, tyhjäkäyntihäviö, kuormitushäviö, impedanssi, sovellettu ja indusoitu jännite sekä lämpötilan nousu ja impulssitestaus tyyppitesteinä. Kaksi lisätestiä oikeuttaa ylimääräisen päivän testausalueella: (1) mitattu lämpötilan nousu -raportti, joka perustuu kohteen ympäristön lämpötilaan eikä yleiseen 40 °C:n arvoon, ja (2) taajuusvasteanalyysin sormenjälki, joka otetaan ennen lähettämistä, jotta mahdollinen kuljetusvaurio voidaan havaita vertaamalla sitä kohdepisteessä eikä keskustella siitä.

 

Kuinka rakennamme ja testaamme sementtiteollisuuden käyttöön tarkoitetut laitteet

Ryan Electric on valmistanut jakelu- ja teholähteiden muuntajia vuodesta 2007 lähtien 120 000 neliömetrin tuotantotilalta, jossa on yli 180 tuotanto- ja testilaitetta sekä 37 patenttia, ja on ollut Eatonin kanssa yhteisyrityskumppanina vuodesta 2023 lähtien. Sementtiteollisuuden käyttöön tarkoitetut laitteet valmistetaan samoilla linjoilla kuin verkkokäyttöön ja tietokeskuksiin tarkoitetut laitteet, molemmissa öljyyn Upotettu Muuntaja ja kuivarakenteinen.

 

 

Sementtiprojekteilla mitaamme tyhjäkäyntihäviön ja kuormitushäviön jokaisesta yksiköstä sen sijaan, että viittaisimme suunnitteluarvoihin, ja käsittelemme harmonisten häviöiden varausvara projektikohtaisena laskelmana, joka perustuu asiakkaan käyttösuunnitelmaan. Sovellusinsinööreimme ensimmäinen pyyntö on ei muu kuin muuntajan tekninen erittely, vaan käyttömoottoriluettelo – kuinka monta moottoria, mikä pulssiluku ja onko rullamylly kytketty piiriin – koska tämä luettelo määrittää K-tekijän, impedanssiluokan ja jäähdytyksen tässä järjestyksessä.

Toinen tapa, joka säästää kymmeniä viikkoja käyttöönotosta, on pakkaus. Sementtilaitos sijaitsee yleensä sisämaassa, mikä tarkoittaa kuljetusta maantiellä tai rautateillä sataman jälkeen, joten yksiköt vahvistetaan maakuljetuksen aiheuttamaa iskua vastaan, suurempien tehojen öljy toimitetaan tiukasti suljetuissa tynnyreissä ja SFRA-sormenjälki matkustaa testiraportin mukana, jotta kohdejoukkueella on vertailuperusta.

 

Tilaaminen klinkkeripolttopaikkojen pysäytysikkunoiden ympärille

Sementtilaitos ei pysähdy muuntajan takia. Se pysähtyy huoltokatkon vuoksi, ja huoltokatkolla on kiinteä päivämäärä, joka määritellään kalkinpolttouunin kampanjan perusteella; siksi hankintaprosessin aikataulua on laskettava takaperin tästä päivämäärästä eikä eteenpäin tilauspäivästä. muuntajan mitoitus ja toimitusaika-ajan suunnittelu kuuluvat molemmat tähän aikatauluun.

Lähetä meille yksiviivainen kaavio, moottoriluettelo, sijaintipaikan ympäristöolosuhteet ja huoltokatkopäivä, ja toimitamme sinulle muuntajan tehomerkinnän, impedanssiluokan, jäähdytysjärjestelyn sekä toimituspäivän. Ota yhteyttä sovellusinsinööri-tiimiimme sähköpostitse osoitteeseen [email protected] tai puhelimitse numeroon +86-15371760308, ja laskemme käynnistys- ja harmonisten virtojen arvot käyttäen todellista moottoriluetteloa.

Tekijästä: Tämän oppaan on laatinut Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd. (Ryan Transformers) -yrityksen sovellusinsinööri-tiimi, joka on suunnitellut ja valmistanut öljyssä jäähdytettyjä ja kuivatyypin muuntajia teollisuus-, sähköverkko- ja tietokeskuskäyttöön vuodesta 2007 lähtien. Projektiin liittyviä kysymyksiä esimerkiksi tehdas käynnistyksestä, harmonisten taajuusten aiheuttamasta tehon alentamisesta tai paikan ympäristön lämpötilan vaikutuksesta tehon alentamiseen vastaa suoraan insinööritiimi osoitteessa [email protected].