Cementgyári transzformátor-kiválasztási útmutató: méretezés daruk indításához, harmonikusokhoz és porhoz

Egy őrlőállomás Nyugat-Afrikában tavaly negyedévben újraajánlatot kért egy 8 MVA-os egységre. Az eredeti cementgyári transzformátor a malom üzemelő terhelésére lett megrendelve, és tizenegy hónapon keresztül minden nyersmalom-indításkor annyira lecsökkentette az autóbusz feszültségét, hogy a malomindító nem tudott bekapcsolva maradni. Senki nem mérte meg az indítási kVA-t. Mindenki a transzformátort tekintette problémának – vagy még rosszabb: azt feltételezte, hogy nem az.

A cementgyártás egyike azon kevés iparágaknak, ahol az elektromos terhelést néhány nagyon nagy teljesítményű motor uralja, amelyek terhelés alatt indulnak, hónapokig üzemelnek, és soha igazán nem állnak le. Egy cementgyári transzformátor ilyen feladatra szolgáló transzformátor egyszerre két feladatot lát el: folyamatos, környezetfüggetlen terhelést visel, és elnyeli a gépek indítási áramszükségletét, amelynek látszólagos teljesítménye többszöröse saját névleges teljesítményének. Ha bármelyik részét ennek az egyenletnek rosszul számítják ki, a hiba a rendszerbeállítás során jelentkezik, nem a gyári teszt időszakában.

 

 

 

Mit tesz egy cementgyár terhelési profilja egy szokásos műszaki leírással

Egy modern cementgyár tonnánként kb. 110–120 kWh elektromos energiát fogyaszt cement előállításához, és az elektromotorok teszik ki ennek a fogyasztásnak a nagy részét – az ipari becslések szerint a motorok terhelése a gyár teljes villamosenergia-felhasználásának 65–75 százalékát teszi ki. A terhelés legnagyobb része a darálásban (comminution) található: a nyersanyag-őrlő, a cementőrlő, illetve újabb gyártósorok esetében egy hengerprés, mindegyiket egy 3–6 MW-os teljesítményosztályba tartozó főmotor hajtja.

Az igény oldala egyetért. Az Energiatárcának (DOE) a cementgyárak elektromos fogyasztására készített tanulmánya szerint a nagy méretű őrlőmalom a legnagyobb egyedi elektromos terhelés a telephelyen, és megjegyzi, hogy ezeket a gyárakat általában hónapokon keresztül folyamatosan üzemeltetik leállás nélkül. Mindkét szám lényeges a specifikáció szempontjából: egy olyan gyár, amelynek nincs napi terhelési ciklusa, hosszabb időszakokon keresztül 0,8–0,9-es névleges teljesítménytényezővel működik, ami más hőtechnikai kihívást jelent, mint egy ipari üzem, amely naponta kétszer éri el a csúcsterhelését. A szektor szintjének kontextusát az IEA cement szektor oldalán követjük nyomon, és az alapul szolgáló gyáradatok a LBNL/DOE cementipari tanulmányból .

Származnak. Három specifikációs mennyiség fordul elő gyakrabban hiányosan megadott formában a cementprojekteken, mint bármely más: a motor indítási kVA-ja, az őrlőmalom meghajtásainak harmonikus tartalma, valamint a telephely tényleges környezeti és poros körülményei. Ezen útmutató további része e három tényezőt sorrendben tárgyalja, ahogyan általában problémát okoznak.

 

A méretezés az őrlőmalom motorindítások körül történik, nem a folyamatos üzemi kW körül

A szokásos árajánlat-kérés általában a csatlakoztatott terhelést kW-ban és egy „megfelelő transzformátor” kérést tartalmaz. Ez az információ nem elegendő egy cementgyári transzformátor méretének meghatározásához. A feszültségcsökkenést a beindulási kVA érték határozza meg, és a beindulási kVA értéket a rögzített forgórész-áram, nem a névleges teljesítmény határozza meg.

Vegyünk egy 4 MW-os, 6,6 kV-os nyers malommotor-t, amelynek rögzített forgórész-árama a névleges áram hatszorosa, hatásfoka 0,94, teljesítménytényezője 0,90. A motor névleges kVA-értéke kb. 4,7 MVA, így a beindulási kVA érték kb. 28 MVA körül van – azaz kb. hatszorosa a motor névleges látszólagos teljesítményének. A következő feszültségcsökkenés közelítőleg a következőképpen számítható: (beindulási kVA × transzformátor impedancia%-a) ÷ transzformátor névleges teljesítménye. A tápláló impedanciát elhanyagoljuk, ami csak egy merev közüzemi táplálás esetén érvényes; a számítás így néz ki:

Transzformátor névleges teljesítménye	Impedancia	Kb. feszültségcsökkenés egy 28 MVA-os malommotor beindításakor	Gyakorlati tapasztalat
6 MVA	7.5%	35%	A malomindító nem marad bekapcsolva; a motorvédelem kikapcsol
10 MVA	7.5%	21%	Határeset – csökkentett feszültségű vagy lágyindítás szükséges
16 MVA	8.0%	14%	Működőképes erős forrás esetén; ellenőrizze a felsőbb szintű hibaszintet
20 MVA	8.0%	11%	Kényelmes indítás, de igazolja a rövidzárlati teherbírást

 

A cementgyári transzformátor méretezése ezért a motorlistától indul ki, nem a csatlakoztatott terhelés összegétől. Ezek a számok feltételezik, hogy a golyóscsiga az egyetlen nagy teljesítményű motor, amely indításra kerül, és hogy a forrás olyan erős, hogy elhanyagolható. A gyakorlatban azonban egy gyenge közműellátás korlátozza a feszültségcsökkenést, függetlenül attól, mekkora a transzformátor, és a megoldás inkább egy lágyindító, egy frekvenciaváltó vagy egy motorindítási tanulmány lesz, nem pedig egy nagyobb transzformátor olajimmersziós transzformátor .Motorindítási feszültségcsökkenés, reteszkedett rótortáram és impedancia részletesebben is kifejtésre kerülnek a motorindítási útmutatónkban.

 

Harmonikusok: Miért áll meg általában a meghajtóbarát specifikáció a felénél

A legtöbb, az elmúlt tíz évben épített vagy felújított cementgyári vonal a malom- és ventilátorüzemeltetéshez frekvenciaváltókat használ, és egy hatimpulzusos frekvenciaváltó szűrés nélkül is jelentős ötödik és hetedik harmonikusokat tartalmazó áramformát húz. Ezek az áramok két dolgot tesznek: torzítják a gyári buszt, és további örvényáram-veszteséget okoznak a transzformátor tekercsek belsejében, amelyek helyi melegfoltok formájában jelennek meg, nem pedig olyan olajhőmérséklet-emelkedésként, amit a hőmérő mutatna. Ennek következménye egy cementgyári transzformátor számára az, hogy a tekercs melegfoltja – nem a felső olajhőmérséklet – válik a korlátozó feltétellé.

Az IEEE 519 szabvány a közös csatlakozási ponton mért harmonikus áramkorlátokat állapítja meg, és a gyári buszon általában előforduló rövidzárási arányok mellett a teljes igénybevételi torzítás korlátja egyjegyű érték körül alakul – ezért a szolgáltató csatlakozási felülvizsgálata a gyártó által megadott K-érték helyett a ténylegesen mért megfelelést kéri. frekvenciaváltó-harmonikusok ezért specifikációs bemeneti adatok, nem pedig utólagos problémák.

K-tényezős transzformátorok léteznek éppen ilyen terhelésre, és ezek a szabványos megoldások ott, ahol frekvenciaváltó-harmonikusok mennyiségileg jelen vannak. A K-tényező szám a harmonikus rendszámok szerinti összeg, amelyben minden egyes harmonikus áram relatív értékének négyzetét megszorozzuk a rendszám négyzetével: egy 25 százalékos ötödik harmonikus külön 0,25² × 5² = 6,25 egységnyi örvényáramos veszteséget okoz. A K-4, K-9 és K-13 típusú egységeket úgy gyártják, hogy a tekercs- és a magveszteségek a megadott spektrum mellett is a tervezési hőmérsékleti gradiens határain belül maradnak, és a jelölést az UL szárazfokozatú transzformátor szabványa határozza meg.

Nagy olajimmersziós transzformátor egységek esetében egyedül a K-minősítés nem ad teljes választ. A hőmérsékleti kérdést a tényleges harmonikus spektrumnak megfelelő lefokozással kezelik – ezt írja le az IEEE C57.110 szabvány –, valamint a szállítótól harmonikus veszteségszámítások bemutatását kérik, nem pedig csak egy névplaca jelölést. Súlyos spektrum esetén gyakran gazdaságosabb mérnöki megoldás az upstream oldalon van: például tizenkétpulzusos konfiguráció, aktív bemeneti áramkör vagy lehangolt szűrőbank a meghajtóbuszon.

 

Por, hő és hűtés: A burkolatot meghatározó helyszíni körülmények

A transzformátor hőmérséklet-emelkedése általában az IEC 60076 szabvány szerint 40 °C-os maximális környezeti hőmérsékletre van megadva. A gulf-vidéki, a Szahel-övezeti és Dél-Ázsia egyes részeinek cementgyárai rendszeresen 45–50 °C-os árnyék-hőmérsékleten működnek, miközben a kemencék és az előmelegítő tornyok felületeiről érkező sugárzó hő tovább növeli a helyi terhelést. A referencia környezeti hőmérséklet feletti értékeknél a berendezést le kell méretezni, vagy alacsonyabb tervezési hőmérséklet-különbséggel kell megrendelni – ugyanaz a névleges teljesítmény egyszerűen forróbban fog üzemelni, és gyorsabban fog öregedni.

A por a probléma második fele, és először is hűtési, nem pedig tisztasági kérdés. A cement- és nyersanyag-por finom, lúgos és enyhén vezetővé válik, ha nedvességet vesz fel, így rövidre zárja a szigetelési távolságokat a csatlakozódobozok és a csatlakozók körül. Emellett kitölti a hullámos falú tartályok és a hűtőbordák réseit, ahol jelentős olajimmersziós transzformátor a legtöbb hőt leadja. Egy kényszerhűtéses egység, amelynek szűrői eltömődtek, teljesen elveszíti a kényszerhűtéses értékelését, és pontosan akkor tér vissza önhűtéses értékelésére, amikor a berendezés a legnagyobb terhelés alatt üzemel.

Ez a műszaki leírás szakaszában a következőket jelenti: szélesebb borda- vagy radiátor-távolság poros környezetben, IP54-es vagy annál magasabb védettségű záró dobozok, lúgos porra méretezett tömítések és tömítőgyűrűk, valamint folyamatos differenciális nyomásmérés bármely kényszerhűtéses transzformátorcsoportnál, hogy a karbantartó csapat láthassa a szűrők terheltségét, mielőtt az kapacitásvesztéssel járna. Amikor száraz típusú transzformátort használnak beltéri MCC-teremben, a burkolat kiválasztása ugyanezen logika szerint történik – szűrő, tömítés és takarítási időköz tervezése. Meleg és poros helyszínekre megadott transzformátorok hasonló szabályrendszer szerint működnek.

 

A FAT során követelendő tanúsítás és vizsgálati bizonyítékok

Észak-amerikai cementprojektek esetében a tanúsítási kérdés megelőzi a teljesítményre vonatkozó kérdést, mert az ellenőr egy listával érkezik. A folyadékkal töltött és száraz típusú készülékeknek a megfelelő kategóriájukhoz tartozó lista-jelöléssel kell rendelkezniük; a kanadai helyszínek CSA-jelölést vagy elismert megfelelőjét igénylik, az IEC-piacokat az IEC 60076 szabvány szabályozza, a száraz típusú készülékek esetében az IEC 60076-11 vonatkozik. A folyadékkal hűtött készülékek általános követelményeit és vizsgálati módszereit az IEEE C57.12.00 és az IEEE C57.12.90 határozza meg.

A megrendelési szabványon túl a gyári elfogadási vizsgálat az a pont, ahol egy cementipari berendezésprojekt sikeres vagy sikertelen üzembe helyezésének ütemtervét eldöntik. Az alapvizsgálatok közé tartoznak: az áttétel, a polaritás, a tekercselés ellenállása, az üresjárási veszteség, a terheléses veszteség, az impedancia, a rákapcsolt és indukált feszültség, valamint a hőmérséklet-emelkedés és az impulzusvizsgálat típusvizsgálatként. Két további vizsgálat érdemli meg az extra napot a vizsgálóállomáson: egy, a telephelyi környezeti hőmérsékletre vonatkozó mért hőmérséklet-emelkedési jelentés – nem pedig egy általános 40 °C-os megállapítás –, valamint egy frekvencia-válasz analízis alapú „ujjlenyomat”, amelyet a szállítás előtt készítenek, így bármilyen szállítási kárt összehasonlítással észlelhetnek a telephelyen, nem pedig vita tárgyává válnak.

 

Hogyan gyártjuk és vizsgáljuk a cementipari felhasználásra szánt egységeket

A Ryan Electric 2007 óta gyárt elosztó- és erőtranszformátorokat egy 120 000 m²-es gyártótelepről, több mint 180 darab gyártó- és vizsgálóberendezéssel és 37 szabadalommal, és 2023 óta közös vállalati partnerséget tart fenn az Eaton-nal. A cementipari felhasználásra szánt egységek ugyanazon a soron készülnek, mint a közmű- és adatközponti berendezéseink, mindkét olajimmersziós transzformátor és száraz típusú építés.

 

 

A cementgyártási projekteknél minden egységnél mérjük a terhelés nélküli és terhelt veszteséget, nem pedig csak a tervezési értékeket adjuk meg, és a harmonikus veszteség tartalékot ügyfelenkénti számításként kezeljük, amelyet az ügyfél hajtási ütemterve határoz meg. Az első dokumentum, amelyet alkalmazásmérnökeink kérnek, nem a transzformátor műszaki leírása, hanem a hajtáslista – hány hajtás, milyen impulzusszám és van-e görgőszivattyú a körben –, mert ez a dokumentum határozza meg sorrendben a K-tényezőt, az impedanciaosztályt és a hűtést.

A másik szokás, amely heteket takarít meg a üzembe helyezés során, a csomagolás. Egy cementgyár általában belső területen helyezkedik el, ami azt jelenti, hogy a kikötőt követően úton vagy vasúton kell szállítani, ezért az egységeket útvonalon fellépő rázkódás ellen rögzítik, a nagyobb teljesítményosztályok esetében az olajat zárható dobokban szállítják, és az SFRA-jellemző együtt utazik a vizsgálati jegyzőkönyvvel, így a telephelyi csapat rendelkezik egy alapvonallal az összehasonlításhoz.

 

Rendelés a kemence leállítási ablakán kívül

Egy cementgyár nem áll le egy transzformátor miatt. Leállításra van szükség, és a leállítás dátuma a kemence kampányától függ, ezért a beszerzési időkeretet ebből a dátumból visszafelé kell számítani, nem pedig a megrendelés dátumából előrefelé. transzformátor méretezése a szállítási időtervezés is ugyanezen időkeretre tartozik.

Küldjön nekünk egy soros kapcsolási rajzot, egy hajtási listát, a telephely környezeti adatait és a leállítás dátumát, és mi visszajelzünk egy névleges teljesítményt, egy impedancia-osztályt, egy hűtési megoldást és egy dátumot. Lépjen kapcsolatba alkalmazástechnikai mérnöki csapatunkkal a [email protected] címre vagy a +86-15371760308 számra, és mi kiszámítjuk az indítási és harmonikus értékeket az Ön tényleges motorlistája alapján.

A szerzőről: Ezt az útmutatót a Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd. (Ryan Transformers) alkalmazás-mérnöki csapata készítette, amely 2007 óta tervezi és gyártja az ipari, közmű- és adatközponti ügyfelek számára szánt olajjal hűtött és száraz típusú transzformátorokat. A gyártási indítással, harmonikus lefokozással vagy helyszíni környezeti lefokozással kapcsolatos, projektspecifikus kérdéseket közvetlenül a mérnöki csapat válaszolja meg a [email protected] címen.