Cemento gamybos įmonės transformatorių parinkimo vadovas: matmenys malūnų paleidimams, harmonikoms ir dulkėms

Vakarų Afrikos šlifavimo stotis praeitą ketvirtį paprašė mūsų pakartotinai pateikti pasiūlymą 8 MVA vienetui. Pradinis cemento gamybos įmonės transformatorius buvo užsakytas remiantis veikiančios malūno apkrova, ir vienuolika mėnesių kiekvieno žaliavų malūno paleidimo metu jis tiek sumažindavo magistralės įtampą, kad malūno paleidiklis nebegalėdavo išlaikyti jungties. Niekas nebuvo išmatavęs paleidimo kVA. Visi prielaidomis manė, kad transformatorius yra problema – arba dar blogiau, kad jis nėra problema.

Cementas yra viena iš nedaugelio pramonės šakų, kurioje elektros apkrova dominuojama kelių labai didelių variklių, kurie paleidžiami apkrovos sąlygomis, veikia mėnesiais ir iš esmės niekada neatsipalaiduoja. A cemento gamybos įmonės transformatorius tokioje eksploatavimo sąlygoje atlieka dvi funkcijas vienu metu: ji nepertraukiamai perneša nuolatinę apkrovą visą parą ir sugeria įrenginių įjungimo srovę, kurių pradinė aktyvioji galia kelis kartus viršija paties transformatoriaus galios charakteristiką. Jei klaida padaryta kurioje nors iš šių dviejų sąlygų, gedimas pasireiškia tik įrengiant sistemą, o ne gamykloje atliekant bandymus.

 

 

 

Kaip cemento gamybos įmonės apkrovos profilis paveikia standartinį techninį reikalavimą

Šiuolaikinė cemento gamybos įmonė sunaudoja maždaug 110–120 kWh elektros energijos vienam tonai cemento, o elektros varikliai sudaro didžiąją šio skaičiaus dalį – pramonės vertinimai rodo, kad variklių apkrova sudaro 65–75 procentus visos įmonės elektros energijos suvartojimo. Didžiausia apkrova tenka smulkinimo įrenginiams: žaliavų malūnui, cemento malūnui ir naujesnėse gamybos linijose – ritininiam presui; kiekvieną iš šių įrenginių varo pagrindinis variklis, kurio galia yra 3–6 MW diapazone.

Paklausos pusė sutinka. JAV Energetikos departamentui atlikus cemento gamyklose naudojamos elektros energijos tyrimą, nustatyta, kad didžiausi elektriniai apkrovos vienetai vietovėje yra didieji šlifavimo malūnai, o šios gamyklos dažniausiai veikia be pertraukų kelis mėnesius iš eilės tarp sustabdymų. Abi šios reikšmės svarbios techninėms specifikacijoms: gamykla, neturinti kasdienės apkrovos ciklo, ilgą laiką veikia su apkrovos koeficientu 0,8–0,9 nuo nominaliosios galios, todėl šiluminės sąlygos skiriasi nuo pramoninės gamyklos, kurios apkrova per parą pasiekia dvi viršūnes. Sektorių lygio kontekstas stebimas IEA cemento sektoriaus puslapyje , o pagrindiniai gamyklų duomenys pateikti LBNL/DOE cemento pramonės tyrime .

Trys techninės specifikacijos cemento projektuose nurodomos nepakankamai dažniau nei bet kurios kitos: variklių paleidimo kVA, harmonikų turinys iš malūnų variklių valdymo sistemų bei tikrosios vietovės aplinkos temperatūra ir dulkių sąlygos. Šio vadovo likusioji dalis nagrinėja kiekvieną iš šių klausimų tuo tvarka, kuria jie dažniausiai sukelia problemų.

 

Projektavimas remiantis malūnų variklių paleidimu, o ne veikiančios galios (kW) dydžiu

Įprastas RFQ paprastai turi nurodytą jungiamąją galia kW ir prašymą „parinkti transformatorių“. Tokios informacijos nepakanka, kad būtų galima nustatyti cemento gamybos įmonės transformatorius . Pradinė kVA lemia įtampos nuokrypį, o pradinė kVA priklauso nuo užstrigusio rotoriaus srovės, o ne nuo veikiamosios galios.

Paimkime 4 MW, 6,6 kV žaliavos malūno variklį su užstrigusio rotoriaus srove, lygia šešiems nominaliosios srovės kartams, 0,94 naudingumo koeficientu ir 0,90 galios koeficientu. Variklio nominali kVA apytiksliai sudaro 4,7 MVA, todėl pradinė kVA siekia maždaug 28 MVA – tai maždaug šešis kartus didesnė nei variklio nominali matomoji galia. Toliau vyraujantis magistralės įtampos nuokrypis gali būti apytiksliai apskaičiuojamas pagal formulę: (pradinė kVA × transformatoriaus impedanso procentinė reikšmė) ÷ transformatoriaus galia. Ignoruojant tiekimo impedansą (tai leistina tik esant labai stabiliam tinklo maitinimui), skaičiavimas atrodo taip:

Transformatoriaus galia	Varža	Apytikslis magistralės įtampos nuokrypis pradedant 28 MVA malūno variklį	Praktiniai rezultatai
6 MVA	7.5%	35%	Malūno paleidiklis neįsijungs; variklio apsauga išsijungs
10 MVA	7.5%	21%	Ribotai tinkama – reikia mažinti įtampą arba naudoti minkštąjį paleidimą
16 MVA	8.0%	14%	Veikia su patikima šaltiniu; patikrinkite aukštesnio lygio trumpojo jungimo srovę
20 MVA	8.0%	11%	Patogus paleidimas, bet patvirtinkite trumpojo jungimo atlaikymą

 

Transformatorių parinkimas cemento gamybos vietoje todėl prasideda nuo variklių sąrašo, o ne nuo prijungtų apkrovų bendrosios sumos. Šie skaičiai remiasi prielaida, kad vienintelis didelis variklis, kuris paleidžiamas, yra malūnas, ir kad šaltinis yra pakankamai stiprus, kad būtų galima jo nepaisyti. Iš tikrųjų silpnas tiekimo tinklo maitinimas riboja įtampos kritimą nepaisant transformatoriaus dydžio, todėl sprendimas tampa minkštu paleidikliu, kintamosios srovės valdikliu arba variklio paleidimo tyrimu, o ne didesniu transformatoriumi oležiuje esantis transformatorius .Variklio paleidimo įtampos kritimas, užbloškto rotoriaus srovė ir varža išsamiau aptariami mūsų variklių paleidimo vadove.

 

Harmonikos: kodėl „variklio valdikliui tinkama“ specifikacija dažniausiai sustoja perpus

Dauguma cemento gamybos linijų, pastatytų arba modernizuotų per pastaruosius dešimtmečius, savo malūnus ir ventiliatorius valdo kintamos dažnio varikliais, o šešių impulsų variklis prieš bet kokį filtravimą sukuria srovės bangos formą, turinčią daug penktosios ir septintosios harmonikos komponentų. Šios srovės daro dviem dalykais: jos iškreipia gamyklos elektros tinklo įtampą ir sukuria papildomų sūkurių srovių nuostolių transformatoriaus apvijose, kurie pasireiškia vietiniais karščio taškais, o ne aukštesne temperatūra, kurią parodytų alyvos termometras. Toliau iš to seka tai, kad cemento gamybos įmonės transformatorius apvijų karščio taškas, o ne viršutinės alyvos temperatūra, tampa ribojančiu veiksniu.

IEEE 519 standartas nustato harmonikų srovių ribas, matuojamas bendrojo jungimosi taške, o dėl įprastų gamyklos elektros tinklo trumpojo jungimo santykių bendrojo paklausos iškraipymo riba paprastai yra vienaženklė – todėl naudojama faktinė atitiktis reikalavimams, o ne teigiama K-klasifikacija, kurią prašys naudingumo tinklo prijungimo vertinimas. kintamos dažnio variklių harmonikos todėl yra techninės specifikacijos įvestis, o ne antrinė problema.

K-faktoriaus transformatoriai egzistuoja būtent šiai apkrovai, ir jie yra standartinis sprendimas ten, kur kintamos dažnio variklių harmonikos yra esantys dideliu kiekiu. K-faktoriaus skaičius yra sumos, apskaičiuotos per visus harmonikų rikius, kvadratinės santykinės harmonikų srovės, padaugintos iš jos rinkos kvadrato: 25 procentų penktoji harmonika patenka 0,25² × 5² = 6,25 vienetų eddžio nuostolių tik vienai harmonikai. K-4, K-9 ir K-13 vienetai yra suprojektuoti taip, kad apvijų ir šerdies nuostoliai liktų viduje projektuoto nuolydžio esant tam tikram spektrui, o žymėjimas apibrėžiamas UL sausųjų transformatorių standarte.

Dideliems oležiuje esantis transformatorius vienetams vien tik K-klasifikacija nėra visiškas atsakymas. Šiluminis klausimas sprendžiamas sumažinant vieneto galios vertę pagal faktinį harmonikų spektrą, kaip aprašyta IEEE C57.110, ir prašant tiekėjo pateikti harmonikų nuostolių skaičiavimus, o ne tik pavadinimo lentelės priemones. Kai spektras yra stiprus, dažniausiai pigesnis inžinerinis sprendimas yra aukščiau esančioje grandinėje: dvylikapulsė konfigūracija, aktyvusis įėjimas arba pritaikytas filtras variklių magistralėje.

 

Dulkės, karštis ir aušinimas: vietos sąlygos, kurios nulemia apsauginį korpusą

Transformatoriaus temperatūros kilimo reikšmė nustatyta esant maksimaliai aplinkos temperatūrai 40 °C pagal įprastą IEC 60076 standartą. Cemento gamyklos Šiaurės Rytų Arabijoje, Sahelyje ir Pietų Azijos regionuose dažnai veikia esant 45–50 °C šešėlio temperatūrai, o krosnių korpusų ir pirminio kaitinimo bokštų spinduliuojamas karštis dar padidina vietinę apkrovą. Kai aplinkos temperatūra viršija nurodytąją, įrenginys turi būti naudojamas su sumažinta galia arba užsakomas su mažesniu projektiniu temperatūros gradientu — to paties galingumo įrenginys tiesiog veiks aukštesnėje temperatūroje ir senės greičiau.

Dulkės yra antroji problema, ir tai pirmiausia aušinimo, o ne valymo problema. Cemento ir žaliavų mišinių dulkės yra smulkios, šarminės ir švelniai laidžios po drėgmės įsisavinimo, todėl jos sukuria peršokimo kelius aplink izoliacines atramas ir terminalų dėžutes. Jos taip pat užpildo bangotosios rezervuaro sienelės ir radiatorių gaubtų tarpus, kur vyksta didelė dalis oležiuje esantis transformatorius praranda daugiausia savo šilumos. Priverstinai aušinamo įrenginio, kurio filtrai užsikimšę, priverstinis aušinimo reitingas visiškai prarandamas ir jis grįžta prie savo natūralaus aušinimo reitingo tik tuo metu, kai gamybos įmonė veikia intensyviausiai.

Ką tai reiškia techninėse specifikacijose: platesnis radiatorių arba šilumos išsklaidymo plokščių tarpas dustyviuose vietovėse, IP54 ar geresnio apsaugos laipsnio galutiniai korpusai, sandarinimo detalės ir tarpinės, atitinkančios šarminės dulksnos reikalavimus, taip pat nuolatinis diferencialinio slėgio rodymas bet kuriame priverstinai aušinamame bloke, kad techninės priežiūros komanda galėtų pastebėti filtro apkrovimą dar prieš tai pradedant prarasti naudingąją galios našumą. Kai sausasis transformatorius naudojamas vidiniame MCC (variklių valdymo centro) patalpoje, korpuso parinktis remiasi ta pačia logika – filtras, sandarinimas ir valymo intervalo planavimas. Transformatoriai, skirti karštomis ir dustyviomis vietovėmis laikosi panašių taisyklių.

 

Sertifikavimo ir bandymų įrodymų reikalavimai FAT etapo metu

Šiaurės Amerikos cemento projektuose sertifikavimo klausimas išsprendžiamas prieš našumo klausimą, nes inspektorius atvyksta su sąrašu. Skystybe užpildytos ir sausosios transformatoriaus rūšys turi turėti atitinkamą sertifikavimo žymę savo kategorijai, kanadiečių objektuose reikalingos CSA žymės arba pripažinta jų ekvivalentinė žymė, o IEC rinkose taikoma IEC 60076 standarto serija, kurioje sausųjų transformatorių reikalavimams taikoma IEC 60076-11 dalis. Bendrieji reikalavimai ir bandymų metodai skystybe aušinamiems transformatoriams nustatyti IEEE C57.12.00 ir IEEE C57.12.90 standartuose.

Už šio etapo prasideda gamyklinis priėmimo bandymas, kuriame cemento projektas laimi arba praranda savo įdarbinimo grafiką. Pagrindiniai bandymai: santykis, poliarumas, apvijų varža, tuščiosios eigos nuostoliai, apkrovos nuostoliai, impedansas, taikytasis ir indukuotasis potencialas, taip pat temperatūros kilimas ir impulsinis bandymas kaip tipiniai bandymai. Du papildomi bandymai verti papildomos dienos bandymų skyriuje: tikslus temperatūros kilimo ataskaitos duomenys, susieti su vietos aplinkos temperatūra, o ne bendras 40 °C teiginys, ir dažnių atsako analizės „pirštų atspaudas“, padarytas prieš išsiuntimą, kad bet koks vežimo metu padarytas žalos būtų aptinkamas palyginant vietoje, o ne diskutuojamas.

 

Kaip mes gaminame ir bandome transformatorių vienetus cemento pramonei

„Ryan Electric“ nuo 2007 m. gamina skirstomuosius ir galios transformatorius iš 120 000 m² gamybos bazės, kurioje yra daugiau kaip 180 gamybos ir bandymų įrangos rinkinių bei 37 patentai; nuo 2023 m. ji turi bendrąją įmonę su „Eaton“. Cemento pramonei skirti vienetai gaminami tose pačiose linijose kaip ir mūsų elektros tiekimo sistemos ir duomenų centrų projektai, abiejuose oležiuje esantis transformatorius ir sausosios konstrukcijos.

 

 

Cementiniuose projektuose mes kiekvieno vieneto tuščiosios eigos ir apkrovos nuostolius matuojame vietoje, o ne tik nurodome projektuotus reikšmių rodiklius, taip pat harmonikų nuostolius vertiname atskirai kiekviename projekte, remdamiesi kliento variklių tvarkaraščiu. Pirmasis dokumentas, kurį prašo mūsų taikomųjų inžinierių, nėra transformatorių specifikacija, o variklių sąrašas – kiek jų yra, koks jų impulsų skaičius ir ar grandinėje yra ritininis malūnas – nes šis dokumentas nustato K-faktorių, impedanso klasę ir aušinimą, būtent šia tvarka.

Kitas įpročius, kuris sutaupo kelias savaites paleidimo metu, – tai pakavimas. Cemento gamykla dažniausiai yra šalies viduryje, todėl po uosto vienetai vežami keliu arba geležinkeliu, todėl jie sustiprinti prieš perkėlimo smūgius, didesnės galios vienetams aliejus tiekiamas užsandarintose skardinių talpyklose, o SFRA atspindžio charakteristika kartu su bandymų ataskaita išsiunčiama į statybvietę, kad vietos komanda turėtų pradinę nuorodą palyginimui.

 

Užsakymai pagal krosnies išjungimo langą

Cemento gamykla nepristabdo darbo dėl transformatoriaus. Ji pristabdo darbą dėl sustabdymo, o sustabdymo data nustatoma krosnies kampanijos pagrindu, todėl pirkimo laiko skaičiavimas turi būti atliekamas atgal nuo tos datos, o ne pirmyn nuo užsakymo. transformatoriaus parinkimas ir tiek atidėjimo planavimas priklauso tam laikrodžiui.

Išsiųskite mums vienos eilutės schemą, variklių sąrašą, vietos aplinkos sąlygas ir sustabdymo datą, o mes grąžinsime galios vertinimą, impedanso klasę, aušinimo schemą ir datą. Susisiekite su mūsų taikomosios inžinerijos komanda el. paštu [email protected] arba telefonu +86-15371760308, ir mes apskaičiuosime paleidimo bei harmonikų rodiklius remdamiesi jūsų tikraisiais variklių sąrašais.

Apie autorių: Šį vadovą parengė „Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.“ („Ryan Transformers“) taikomosios inžinerijos komanda, kuri nuo 2007 m. projektuoja ir gamina pramoniniams, energetikos ir duomenų centrų klientams skirtus aliejuje panardintus bei sausosios tipo transformatorius. Projektui būdingus klausimus, susijusius su gamykliniu paleidimu, harmonikų deratinimu ar vietos aplinkos sąlygų deratinimu, tiesiogiai atsako inžinerijos komanda el. paštu [email protected].