高压变频器在矿浆管道输送系统中的应用

崔桂梅 赵琪亮

摘 要：随着浆体管道输送技术的发展，长距离浆体管道输送已经发展为一种先进的运输技术，这种运输技术不仅可靠成熟、而且经济有效。该文以包钢矿浆管道输送系统为背景，简要叙述了系统的概况，介绍了西门子罗宾康高压变频调速技术在管道输送系统中的应用，并对高压变频器进行选型，分析了高压变频器的系统结构、工作原理及设计接口，给出了矿浆管道输送系统中矿浆主泵、变频器、电机的传递函数。

关键词：高压变频器 矿浆 管道输送

中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（a）-0055-02

包钢矿浆输送管线全长145 km，年输送量550万吨，设计运行压力13.9MPa，系统配备3台活塞隔膜泵，配用电机为西门子1RQ4高压异步电动机，额定参数为：P=1265 KW，U=6.6 kV，I=128 A，采用高压变频器驱动电机调速，利用电磁流量计检测主管道流量，并将通过处理的信号送至控制器，根据设定程序要求控制主泵变频器的输出频率，达到管道输送的技术要求。

1 高压变频器的选型及基本原理

1.1 高压变频器选型

西门子罗宾康高压变频器采用单元串联技术，10 kV 输入、6 kV高压输出，属于高-高型电压源变频器[1]。根据矿浆主泵驱动电机选型参数，变频器的主要参数为：型号6SR3102-6MF42-5FF0，额定功率1506 kW，额定电压10 kV，频率50 Hz。

1.2 高压变频器原理

西门子罗宾康高压变频器采用了单元串联多电平技术，高压可直接输出。系统主要由移相变压器，功率单元，控制器3部分组成。变频器输入侧通过移相变压器将电能输送至所有的功率模块，移相变压器的副边绕组一共包括3组，通过多脉冲构成多级相叠加的整流方式。该整流方式使得变频器网侧电流波形得到了改善，有效地提高了功率因数。功率单元采用非常普遍的交-直-交单相逆变电路，利用IGBT进行PWM控制，能够得到单相正弦PWM波形。输出部分的每台功率单元的U、V输出端串接成星型接法为电机提供电源，通过重组所有单元输出的PWM波形，就能够形成阶梯正弦PWM波形[2]。

2 高压变频器的控制接口

（1）开关量—变频器提供。

待机状态：变频器备启动的条件；运行状态：变频器运行中；控制状态：显示变频器操作权限为远程/本地控制；轻故障：变频器发出报警信息；重故障：变频器出现严重问题，输出切断。

（2）数字量—由外围提供给变频器。

远程启动命令：变频器开始输出；远程停止命令：变频器停止输出。

（3）模拟量—变频器提供。

变频器能够提供两路4～20 mA电流输出。定义参数包括：输出频率，输入或输出电流，闭环给定值，输入电压，实际反馈值等。

（4）模拟量—由外围提供给变频器。

变频器提供四路4～20 mA的电流输入接口，定义参数包括：压力反馈或给定转速，以及给定频率等。

（5）其它接口。

两路由变频器提供给高压开关柜。紧急高压分断：当变频器出现严重的故障时，高压自动断开；允许高压合闸：变频器经过自检，允许高压送电。高压开关的分闸信号：当高压开关在分断位置上时，通过闭合节点将信号送至变频器[3]。

3 矿浆管道输送系统分析

3.1 矿浆管道输送的特点

管道输送中的浆体为固液两相流体，浆体的流动不但会受到流体粘度限制，与此同时，还会受到固体浓度的限制，还包括流态，温度与颗粒组成等。浆体在管道输送中还具有阻力大，流动性比较差以及粘性比较高的问题[4]。

3.2 矿浆管道输送系统传递函数

矿浆管道输送系统主要包括：矿浆主泵、驱动电机、高压变频器以及相应的压力、流量测量仪表、控制器等，其控制系统原理如图1。

3.2.1 变频器环节

变频器的输出频率与控制器的输出值之间成正比。将变频器输出电压与控制器输出用一个一阶惯性环节表示如式（1），式（1）中：为变频器电压、频率总增益系数，为惯性时间常数。

3.2.2 异步电动机环节

长距离矿浆矿的动力源是变频器驱动的交流电机，借鉴工程经验，变频器的输出电压与异步电动机输出角频率的近似传函为式（2），式（2）中：为异步电动机的传递函数，为 异步电动机的惯性时间常数。

3.2.3 矿浆主泵环节

将主泵的相关参数合并，那么关于流量的公式就可以设为，为每分钟活塞运行次数；与电机转速成正比，；可得到矿浆泵输出流量与电机角频率的简化传递函数为式（3）。

将电机与变频器以及矿浆主泵传函合并，系统的延迟环节可以通过表示；为 延迟时间常数。最后简化为式（4），式（4）中：令；，将系统简化成一个一阶惯性延迟环节。

4 结语

此次以高压变频调速技术在包钢矿浆管道输送系统中的应用进行研究，其具备的稳定性以及实效性能够满足矿浆输送要求，应用效果良好。

参考文献

[1] 郭凌可，李洪波.罗宾康NBH高压变频器在带式输送系统中的应用[J].内蒙古煤炭经济，2013，12（11）：121-122.

[2] 湯伦发，徐刚.高压变频器在大落差矿山皮带输送机驱动控制系统中的应用[J].新世纪水泥导报，2014，10（3）：55-59.

[3] 陈鼎智.高压变频器在高产高效煤矿主斜井带式输送机中的应用[J].煤矿机械，2013，10（4）：221-222.

[4] 田飞，周彪，朱红波.高压变频器在矿井带式输送机中的应用[J].煤矿机电，2012，10（1）：116-117.