迴轉窯應急保全電源的新方案Duo-Power,
迴轉窯應急保全電源的新方案Duo-Power
對於旋窯生產線，雨天突然斷電對運轉中的迴轉窯將產生巨大危害，河南焦作堅固水泥有限公司就曾多次因電網設施遭受雷擊導致雨天突然斷電停窯，其中兩次危害最大，導致椎4.2m×65m 迴轉窯變形，兩端翹起，耐火磚擠碎，造成了重大經濟損失。
電力故障具有突發性，不以人們的意志為轉移，即使電網設施再先進，意外的雨天斷電也在所難免。因此，在電網意外斷電的情況下提供保證迴轉窯安全所需的應急電力，對於降低因為電網意外斷電而造成的損失有著重要的現實意義。
迴轉窯應急保全電源的使用現狀及存在的問題
1.使用柴油發電機
由於柴油發電機的容量較大，可並機運行且連續供電時間長。因此，我國幾乎所有的旋窯水泥廠，均採用柴油發電機組作為迴轉窯的應急保全電源。但是這種傳統的做法有諸多不利之處：無論發電機的起動速度有多快，從停電到發電機電壓、頻率等達到穩定可以供電為止，至少需要10min，這段時間，已對迴轉窯的安全造成了嚴重危險；此外，使用柴油發電機組作為迴轉窯的應急保全電源，還存在火災安全隱患，其油罐象一個極為危害的“炸彈”，萬一失火，後果不堪構想；日常維護頻繁、工作量大；不僅產生的噪聲大，而且排煙中含有大量的二氧化硫，污染嚴重，環保問題突出。因此，從全國各廠了解到的使用情況來看，柴油發電機組並不理想。因此，許多水泥廠苦覓更好的方案。某水泥廠二線迴轉窯曾投資數百萬元在迴轉窯上搭建了一個鋼筋混凝土結構的大棚就是一例。
2 使用UPS
計算機套用UPS 電源很廣泛，也很成功，那么我們能否用UPS電源作為迴轉窯應急保全電源呢？從理論上看是可行的，從現實上看卻有不少困難。這是因為，由於UPS 專為IT行業的計算機類和通訊類負載來設計，其過載適應能力差。UPS過載能力標準規定：過載150%僅可維持10s;大於150%僅可維持200ms。而交流電動機的起動電流一般為額定電流的5~8 倍，如果要用UPS 電源帶迴轉窯輔助傳動電動機這類感性負載，那么在設計容量時就要在電機容量的基礎上放大5~8倍，這樣無形中增大了投入成本。
3.使用變頻器後備電源
大家都知道，用變頻器來控制電機負載在設計變頻器容量時可以按1：1來設計，只要能找出一種辦法讓變頻器在出現電網事故斷電時還能保持正常運行，這樣問題就解決了，使用過變頻器的用戶都知道，變頻器的工作原理是 交→直→交 的兩個變換過程，這就意味著如果能在直流部分給變頻器提供一個足夠容量的穩定的直流電源，變頻器照樣能正常運行，細心一點的使用者都會注意到在變頻器的接線端子上還有兩的直流端子，以前都不知道是乾什麼用的！其實這兩個直流端子是接變頻器後備電源用的，只要能做一套足夠容量的直流電源接在這個地方，就能解決因電網事故而造成的電機停機而帶來的重大經濟損失，設計時容量可按1：1設計，大大降低了投入成本。
工作原理如圖1 所示：當三相輸入市電正常時，經整流後給逆變器（變頻）提供直流電，同時用充電器對電池組充電；當三相輸入斷電或異常時，自動轉由電池組給逆變器（變頻）提供直流電。保證電機在電網事故時正常運轉，採用該方案的好處是：與柴油發電機組比較，成本低，綜合成本遠低於柴油發電機組；可靠性高，波形好，便於實現自動化；無污染；斷電自動轉換，轉換速度快，一般不超過10ms；平時可做軟起動設備，啟動力矩大，起動電流小。
3 新方案的套用實例與效果
某水泥廠迴轉窯輔助傳動採用交流380V、額定功率22kW、額定電流為42.5A 的Y180L-4 型鼠籠型電動機，決定採用三相輸入三相輸出的電機專用變頻後備電源作為應急保全電源。
3.1 變頻器後備電源功率的選擇
因為電機是變頻控制，所以設備容量設計時採用1：1方式，即設計容量為22KW
3.2 蓄電池組的配置
Duo-Power系統所提供的直流額定電壓為UDC=480V，放電電流I=P/UDC=22000/480=45.8A，因為電池支撐時間為2.6H，根據電池放電曲線計算，按2C（C表示電池容量）放電倍率可得電池容量：I/2=260.4AH，考慮到要在支撐時保證放電時間，所以電池容量取300AH（12V100AH*3組），放電按2C放電可支撐60s，保證變頻器直流側電壓不低於其截止電壓。
蓄電池組的配置關係到市電斷電以後蓄電池組後備供電時間的長短，在市電事故輸入斷電期間，蓄電池組給逆變器的供電時間主要取決於蓄電池額定容量、蓄電池電壓、蓄電池數量、負載功率因數、負載功率、蓄電池使用環境溫度、蓄電池使用年限等因素。蓄電池組的逆變供電時間，應根據當地市電電網供電情況和實際要求，選擇所需蓄電池的容量、電壓、數量，以確保市電電網停電時，UPS 能夠提供2~4h 甚至更長時間的供電。該廠根據當地市電電網供電情況和企業的實際情況（雙迴路供電），配置了100Ah/12V 的蓄電池32 節，蓄電池組的供電時間大致為2.6h。實現了供電零時間切換，收到了很好的使用效果。
4 結束語
近年來，隨著工業UPS 技術的迅猛發展和日益成熟，套用範圍已不再局限於IT產業，電力、製造業等已逐漸成為工業UPS 套用的新興行業。本公司研發生產的工業UPS（Duo-Power系統），最大容量已達到320kVA，而世界上熟料單線最大的日產1萬t熟料生產線椎6m×95m 迴轉窯，其輔助傳動電機功率也只有2×55 kW，配備三相輸入三相輸出的電機專用Duo-Power電源系統已綽綽有餘。用電機專用Duo-Power電源系統代替柴油發電機組作為迴轉窯的應急保全電源已成為現實。理論和實踐證明，電機專用Duo-Power電源系統代替柴油發電機組作為迴轉窯的應急保全電源，將UPS 功能與軟起動功能積於一身，自動化程度高，是一種簡捷、實用、經濟、環保、可靠、新穎的方案，有著廣泛地套用前景和市場，應大力推廣。
上海恆力電源設備有限公司
市場推广部: 沈佩祥
2016年4月17日
