1前言

      福建春馳集團(tuán)是福建省大型水泥骨干企業(yè)，創(chuàng)建于1993年，公司擁有兩條年產(chǎn)75萬噸新型干法旋窯熟料水泥生產(chǎn)線和一條年產(chǎn)50萬噸旋窯水泥熟料生產(chǎn)線。水泥廠1#、2#除塵風(fēng)機(jī)采用異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，原來的電機(jī)運(yùn)行方式為全速運(yùn)行，風(fēng)量調(diào)節(jié)采用擋板控制開度，擋板調(diào)節(jié)存在的如下問題：

（1）大量的能量損耗在擋板的截流過程中。

（2）空氣對擋板閥門和管道沖擊較大，設(shè)備損壞嚴(yán)重。

（3）擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動(dòng)執(zhí)行器，不能適應(yīng)長期頻繁調(diào)節(jié)。

（4）擋板調(diào)節(jié)線性度差，調(diào)節(jié)比較困難，且操作不當(dāng)會(huì)造成風(fēng)機(jī)震動(dòng)。

      采用變頻調(diào)速后，風(fēng)門全部打開，降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機(jī)處于高效運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)能效果最佳。變頻器還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，對電網(wǎng)和機(jī)械負(fù)載的沖擊大大減小，延長了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的壽命。

（2）降低了軸承和密封的損壞，減少了維護(hù)工作量。

（3）采用變頻調(diào)速，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方便，利用調(diào)節(jié)器4～20mA電流信號(hào)，變頻器可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，線性度較好，風(fēng)量調(diào)節(jié)平穩(wěn)。

      水泥廠領(lǐng)導(dǎo)決心對除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造，考慮到國產(chǎn)高壓變頻器設(shè)備水平已接近國際水平，能滿足運(yùn)行要求，公司公開招標(biāo)，進(jìn)行性價(jià)比比較，結(jié)果山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-280F型高壓變頻調(diào)速器勝出。

 2現(xiàn)場除塵風(fēng)機(jī)及電機(jī)參數(shù)

     現(xiàn)場1#、2#除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)相同，下面表1給出1#除塵風(fēng)機(jī)基本參數(shù)。

表1為現(xiàn)場電機(jī)參數(shù)，表2為風(fēng)機(jī)參數(shù)。

3山東新風(fēng)光電子JD-BP37系列高壓變頻器突出特點(diǎn)

      風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEE519-1992的諧波國家標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。產(chǎn)品2003年被列為國家重點(diǎn)新產(chǎn)品，高壓提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)2005年被列為國家火炬計(jì)劃項(xiàng)目，獲科技部中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目資助。2007年，高壓變頻器被評為中國名牌產(chǎn)品，是國內(nèi)高壓變頻器行業(yè)為數(shù)不多的兩個(gè)名牌產(chǎn)品之一。具體來說，風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：

      (1)采用高速DSP作為中央處理器，運(yùn)算速度更快，控制更精準(zhǔn)。

      (2)飛車啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。

      (3)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)?，F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式，手動(dòng)旁路需人工操作，適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運(yùn)行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程不會(huì)對用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。

      (4)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。運(yùn)行過程中高壓瞬時(shí)掉電3s內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機(jī)，高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。

      (5)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。

     (6)單元直流電壓檢測：實(shí)時(shí)顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。

     (7)單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)，可以將其使用壽命提高1倍。

     (8) 通過控制器可實(shí)現(xiàn)對各單元直流濾波電容壽命的檢測，實(shí)現(xiàn)在年檢中對單元電解電容器進(jìn)行檢測，根據(jù)出廠時(shí)電解電容器的特性的比較與趨勢，可得出對電解電容器壽命的猜測，提前預(yù)知電解電容器是否可繼續(xù)運(yùn)行，避免由于電容器運(yùn)行出現(xiàn)非預(yù)期的系統(tǒng)故障，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)行維護(hù)人員對功率單元設(shè)備狀況的及時(shí)把握。

     (9) 散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結(jié)構(gòu)，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過壓范圍(≥1.15Ue)，設(shè)備可靠性更高。

     (10) 具有雙路控制電源，一路為經(jīng)干式變壓器變壓后的電源，一路為外部控制電源，這樣在調(diào)試過程中，無需加入高壓主電源，就可以檢測輸出波形的正常與否。對于在現(xiàn)場安裝調(diào)試以及人員培訓(xùn)很方便，大大提高了安全性。

      (11)具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能，將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生。

     (12)限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負(fù)載突然變化而引起的過流保護(hù)，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。

      (13) 故障自復(fù)位功能：當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變造成單元或是整機(jī)過電流保護(hù)時(shí)，可自動(dòng)復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)行。

4改造方案

4.1實(shí)施過程

      根據(jù)用戶現(xiàn)場要求，采用兩臺(tái)高壓變頻器分別對1#、2#除塵風(fēng)機(jī)一拖一控制，采用手動(dòng)工頻旁路方案，以1#除塵風(fēng)機(jī)變頻改造方案為例說明，主回路如下圖1所示： 

K0            用戶原高壓開關(guān)

K1、K2和K3  變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(guān)

BPQ           JD-BP37-280F高壓變頻器

M             高壓電動(dòng)機(jī)

      變頻器控制除塵風(fēng)機(jī)為一拖一控制，旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換。K1，K2和K3為三個(gè)高壓隔離開關(guān)，要求K2和K3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。K2斷開，K1和K3閉合，窯頭風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；K1和K3斷開，K2閉合，除塵風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。

1#除塵風(fēng)機(jī)高壓變頻器現(xiàn)場照片設(shè)備如圖2所示。

4.2變頻器具有多種控制方式

該設(shè)備有三種控制方式 ：

     （1）以壓力、流量為控制對象的閉環(huán)控制：以輸入的4～20mA模擬量值為控制依據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

     （2）以轉(zhuǎn)速為控制對象的開環(huán)控制：該方式在遠(yuǎn)程操作（DCS或遠(yuǎn)程操作箱上操作）用戶可根據(jù)工況條件自設(shè)定轉(zhuǎn)速，變頻器以該轉(zhuǎn)速為控制值，該方式下頻率的變化依據(jù)用戶輸入的模擬量，4mA對應(yīng)0轉(zhuǎn)速，20mA對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速。

     （3）以頻率為控制對象的開環(huán)控制：該方式在就地操作（設(shè)備本體上操作）直接從觸摸屏上設(shè)置輸出頻率，變頻器以該頻率為控制目標(biāo)值。

      以上三種控制方式用戶可通過人機(jī)界面（觸摸屏）設(shè)置，滿足不同的工況要求。

4.3 現(xiàn)場DCS控制

     本系統(tǒng)選用以轉(zhuǎn)速為控制對象的開環(huán)控制：該方式在遠(yuǎn)程操作（DCS上操作）用戶可根據(jù)工況條件自設(shè)定轉(zhuǎn)速，變頻器以該轉(zhuǎn)速為控制值，該方式下頻率的變化依據(jù)用戶輸入的模擬量，4mA對應(yīng)0轉(zhuǎn)速，20mA對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速。

      如圖3所示，DCS系統(tǒng)輸出 4～20mA電流信號(hào)控制JD-BP37高壓變頻器的運(yùn)行頻率， 來控制電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。  JD-BP37高壓變頻器反饋4～20mA電流信號(hào)指示JD-BP37高壓變頻器的輸出頻率、輸出電流。JD-BP37高壓變頻器同時(shí)接收DCS控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、急停、復(fù)位控制信號(hào)，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。

      當(dāng)JD-BP37高壓變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)輸出故障停機(jī)和報(bào)警信息，用于提示用戶啟動(dòng)故障處理措施，同時(shí)JD-BP37高壓變頻器將信號(hào)發(fā)送給DCS，在DCS系統(tǒng)上顯示故障，以便于及時(shí)的排除故障。如果系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況，DCS監(jiān)視人員立即點(diǎn)擊變頻器緊急停止按鈕，此時(shí)變頻器立即封鎖輸出，并及時(shí)跳開現(xiàn)場6kV開關(guān)。
      為保證JD-BP37高壓變頻器操作的安全性，需從改造電機(jī)的進(jìn)線開關(guān)柜把斷路器的狀態(tài)信號(hào)接入JD-BP37高壓變頻器。 JD-BP37高壓變頻器輸出的故障跳閘信號(hào)接入斷路器的分閘回路，連跳高壓信號(hào)接入安全回路，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)及時(shí)跳開斷路器保護(hù)JD-BP37高壓變頻器及電機(jī)。

4.4多種控制保證措施，保證產(chǎn)品可靠運(yùn)行

      水泥行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的性質(zhì)決定了用于水泥廠用的高壓變頻器需要有很高的可靠性，保證安全生產(chǎn)。水泥廠一般地處偏遠(yuǎn)，供電質(zhì)量相對不高，對設(shè)備的電網(wǎng)適應(yīng)性問題突出。相對適應(yīng)進(jìn)口品牌高壓變頻器，風(fēng)光牌高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用功率單元串聯(lián)技術(shù)方案，產(chǎn)品具有對電網(wǎng)電壓的適應(yīng)范圍寬（－65％～115％Un），單元故障自動(dòng)旁路、工頻旁路、瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能、相間短路等多項(xiàng)完善的保護(hù)功能技術(shù)，提高了抗電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)能力，大大提高產(chǎn)品在水泥應(yīng)用現(xiàn)場的可靠性。

5 節(jié)能效果分析

       2009年9月24日，變頻器正式投入運(yùn)行，至今運(yùn)行良好。為了對水泥廠1#、2#除塵風(fēng)機(jī)節(jié)能效果統(tǒng)計(jì)分析，以1#除塵風(fēng)機(jī)為例計(jì)算說明。在用戶正常生產(chǎn)相同的情況下，選取1#除塵風(fēng)機(jī)變頻改造前6月10日至6月19日工頻運(yùn)行情況，變頻改造后選取10月15日至10月24日，統(tǒng)計(jì)對比情況如下表3所示。

6結(jié) 論

      山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司型號(hào)為JD-BP37-280F型高壓變頻器在福建春馳集團(tuán)新豐水泥公司從投運(yùn)運(yùn)行至今，其性能穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯，可以根據(jù)生產(chǎn)的用風(fēng)情況進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

      在水泥廠除塵風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻器能節(jié)能降耗，是國家大力提倡節(jié)能降耗政策不可缺少的技術(shù)手段。根據(jù)高壓變頻器的性能及工作原理，可以廣泛地應(yīng)用在電力、冶金、石化、水泥、礦山等需要用到高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)行業(yè)。