水泥生產(chǎn)原料中，石灰石的占比最大，設(shè)計(jì)之初，其運(yùn)輸系統(tǒng)是考慮的重點(diǎn)之一。對(duì)于來自高位礦山的石灰石，如果通過皮帶運(yùn)輸送至低位廠區(qū)，存在著下運(yùn)皮帶飛車現(xiàn)象以及皮帶滾筒磨損嚴(yán)重。如果采用能耗制動(dòng)，大量的電能消耗在制動(dòng)電阻上，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，同時(shí)電阻器的安裝需要占用大量空間；且控制系統(tǒng)復(fù)雜，故障率高，接觸器、電阻器、電機(jī)碳刷容易損壞，維護(hù)工作量很大，直接影響了生產(chǎn)效率。

有多條水泥生產(chǎn)線礦山選用能量回饋系統(tǒng)。DZ、GDHL以及GDHL水泥有限責(zé)任公司AFE能量回饋系統(tǒng)的應(yīng)用又是一個(gè)成功的案例。盡管能量回饋系統(tǒng)的選用增加了工程建設(shè)初期投資，但后期實(shí)現(xiàn)了持續(xù)的低成本運(yùn)行，既節(jié)省了檢修和維護(hù)費(fèi)用，又實(shí)現(xiàn)了勢(shì)能的充分利用，節(jié)約了外購能源。

DZ水泥有限責(zé)任公司擁有2×5000t／d的熟料生產(chǎn)線，所有石灰石原料來自6.5km外的礦山，通過3段皮帶輸送到廠區(qū)，頭部和尾部皮帶地勢(shì)平緩，采用常規(guī)的控制驅(qū)動(dòng)皮帶電機(jī)；其中段皮帶長(zhǎng)度900m，坡度35°業(yè)主為了很好地利用石灰石下行運(yùn)輸?shù)倪^程將其勢(shì)能轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)多方比較，選擇了AFE能量回饋系統(tǒng)。本文就AFE能量回饋系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)及其在石灰石皮帶輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用效果進(jìn)行介紹。

1 AFE能量回饋系統(tǒng)的組成與技術(shù)特點(diǎn)

1.1 AFE系統(tǒng)組成

AFE能量回饋系統(tǒng)由控制主開關(guān)、線路電抗器LFC、線路濾波模塊LFM、能量回饋AIC和變頻器INV組成，見圖1。

1.2 AFE的技術(shù)特點(diǎn)

從結(jié)構(gòu)上看，AFE(Active Front End)整流／回饋單元由于采用了IGBT功率元件，它相當(dāng)于一個(gè)逆變器，不同的是其輸入為交流，輸出為直流。因?yàn)樗挥陔娫催M(jìn)線側(cè)，所以被稱為前端，flPFrontEnd。其主動(dòng)的含義在于，與傳統(tǒng)的二極管或可控制硅整流技術(shù)相比，主動(dòng)前端不再是被動(dòng)地將交流轉(zhuǎn)變成直流，而是具備了很多主動(dòng)的控制功能。它不僅能消除高次諧波，提高功率因數(shù)，而且不受電網(wǎng)波動(dòng)的影響，動(dòng)態(tài)特性好。AFE整流單元從電網(wǎng)吸取正弦波交流，經(jīng)整流后輸出直流電壓，并保持所要求的電壓值。各次諧波由濾波電路刪除。

AFE的技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）AFE變流器是隨著全控式開關(guān)器件(例如IGBT)的實(shí)用化而發(fā)展起來的斬控式可逆變流器。系統(tǒng)的交一直環(huán)節(jié)與直一交環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)完全相同，均采用正弦脈寬調(diào)制模式(SPWM)。其控制結(jié)構(gòu)包括直流母線電壓的電壓調(diào)節(jié)器、提供變頻器系統(tǒng)輸入電流瞬時(shí)值指令模式信號(hào)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)器、與電流模式信號(hào)成正比的控制輸入電流的調(diào)節(jié)器，以及對(duì)變流器交流輸入電壓進(jìn)行斬波控制的SPMW控制器。

（2）AFE變流器能將直流母線電壓保持在恒定的給定值上。它既可以作為整流器工作，也可作用逆變器工作，為電源側(cè)的四象限運(yùn)行。由于采用了自關(guān)斷器件IGBT，通過恰當(dāng)?shù)腟PWM模式，可對(duì)交流電流的大小和相位進(jìn)行控制，并通過前端的各濾波、儲(chǔ)能環(huán)節(jié)使交流輸入電流接近正弦波。并且功率因數(shù)以1為中點(diǎn)而正負(fù)可調(diào)。在電機(jī)側(cè)的制動(dòng)能量通過逆變器返回而使直流母線電壓升高時(shí)，可以使交流輸入電流的相位與電源電壓相位相反，實(shí)現(xiàn)再生發(fā)電運(yùn)行，并將再生功率回饋到交流電網(wǎng)去，這時(shí)斬控整流器工作在有源逆變狀態(tài)。

（3）AFE整流／逆變器為新一代交一直流環(huán)節(jié)。它采用自關(guān)斷器件IGBT作為功率器件，并且采用正弦波的脈寬調(diào)制技術(shù)，從而避免了可控硅類功率元件的整流／回饋單元。由于電網(wǎng)側(cè)故障而容易發(fā)生的逆變顛覆的弊端，使AC—DC環(huán)節(jié)的可靠性大幅度提高。

（4）由于AFE整流／逆變器前端的電壓與電流波形均已濾波成正弦波形，電壓與電流正弦波形間的相位差角可以按需要在一定范圍內(nèi)設(shè)定，因此功率因數(shù)可調(diào)。它甚至可以對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行有源的功率因數(shù)補(bǔ)償。

（5）由于直流母線電壓可在一定范圍內(nèi)設(shè)定，設(shè)定值即為穩(wěn)壓值，故AFE整流器抵抗電源電壓偏低的能力很強(qiáng)，特別適合于供電電壓長(zhǎng)期偏低的情況作用。

（6）AFE整流／逆變器前端部分的開關(guān)與濾波、儲(chǔ)能元件安裝要求較高，其前端集成了正弦波的電壓／電流濾波器。但需注意，AFE前端模塊的接地結(jié)構(gòu)對(duì)IT電網(wǎng)與TT／TN電網(wǎng)而言是不同的，錯(cuò)用會(huì)引起問題。

（7）AFE為四象限運(yùn)行的整流／回饋單元，由于采用SPWM方式，與可控硅的整流／回饋單元的工作原理完全不同。它在回饋運(yùn)行時(shí)不必有自耦變壓器配合。

以上技術(shù)特點(diǎn)決定了AFE無諧波污染，保持cosa=1，具有電流管理功能(LCM)，無換相失敗，即使在電網(wǎng)極不穩(wěn)定的情況下，電壓控制器仍能維持恒定的直流環(huán)節(jié)電壓。

2.選型

在DZ水泥有限責(zé)任公司礦山中段900m皮帶、坡度35°的輸送皮帶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用690V供電系統(tǒng)，選用了一個(gè)進(jìn)線斷路器，選擇了兩臺(tái)LFM模塊VW3A7264，兩臺(tái)LFC模塊VW3A7269，一臺(tái)AIC單元VW3A7276，一臺(tái)變頻器ATV71HC50Y組成礦山中段長(zhǎng)皮帶的AFE能量回饋系統(tǒng)。

3.調(diào)試與維護(hù)

3.1調(diào)試

在前期調(diào)試過程中，啟動(dòng)時(shí)，INV32作驅(qū)動(dòng)電機(jī)，隨著皮帶上料層增加，皮帶的運(yùn)行速度加快，AFE就進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，所產(chǎn)生的電能直接回饋電網(wǎng)。由于采用了LFM和LFC，電能無擾回饋。調(diào)試的重點(diǎn)是預(yù)防下坡皮帶飛車運(yùn)行，必須按照施耐德的調(diào)試流程和業(yè)主的安全規(guī)程按部就班。AFE參數(shù)設(shè)置的重點(diǎn)是AIC的額定電壓值要低于INV的額定電壓值，AFE能量回饋系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)見表1。

3.2維護(hù)

DZ水泥有限責(zé)任公司AFE能量回饋系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了8年，滿負(fù)荷時(shí)的發(fā)電量約為每小時(shí)162.5 kWh。在8年多的運(yùn)行過程中，出現(xiàn)過一次變壓器炸機(jī)導(dǎo)致AIC IGBT炸裂以及LFC過熱老化，維修好之后，出現(xiàn)AIC控制板和INV控制板不匹配，偶爾電流運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致變壓器跳閘，重新匹配版本之后，運(yùn)行穩(wěn)定。另外在更換AIC控制板之后，一定要在外部PA+和PC一之間通一個(gè)合適的直流電壓，然后在AIC參數(shù)6.1.2里面輸入10001，恢復(fù)出廠設(shè)置，才能識(shí)別出AIC版本，否則就會(huì)報(bào)MCl故障。

另外，AFE能,量回饋系統(tǒng)正常生產(chǎn)中，同樣要防止飛車事故。我們的經(jīng)驗(yàn)是：輸送皮帶滾筒磨損到一定程度要及時(shí)更換；在坡度更大的生產(chǎn)線上，出現(xiàn)飛車可通過在電機(jī)尾部增加旋轉(zhuǎn)編碼器解決。

4.結(jié)束語

自都江堰拉法基水泥廠一期礦山膠帶輸送系統(tǒng)1號(hào)皮帶實(shí)現(xiàn)發(fā)電運(yùn)行以來，我國(guó)水泥企業(yè)已有多條水泥生產(chǎn)線礦山選用能量回饋系統(tǒng)。DZ、GDHL以及GDHL水泥有限責(zé)任公司AFE能量回饋系統(tǒng)的應(yīng)用又是一個(gè)成功的案例。盡管能量回饋系統(tǒng)的選用增加了工程建設(shè)初期投資，但后期實(shí)現(xiàn)了持續(xù)的低成本運(yùn)行，既節(jié)省了檢修和維護(hù)費(fèi)用，又實(shí)現(xiàn)了勢(shì)能的充分利用，節(jié)約了外購能源。

來源：《臨澧冀東水泥有限公司》

作者：桂許君

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