1引言

　　近年來隨著煤炭和電力價(jià)格的不斷上漲，水泥生產(chǎn)的低成本時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返了，而市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)卻越來越激烈，水泥企業(yè)的利潤(rùn)空間也壓縮的越來越小，在國(guó)家政策《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《GB50443-2007水泥廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》及時(shí)引導(dǎo)下，水泥行業(yè)企業(yè)節(jié)能降耗工作被放到了非常重要的位置。

　　據(jù)有關(guān)報(bào)道，水泥廠電動(dòng)機(jī)電耗占成本近30％，而拖動(dòng)風(fēng)機(jī)用的高壓電動(dòng)機(jī)在電機(jī)中占有很大的比重，在水泥的生產(chǎn)中，風(fēng)機(jī)大馬拉小車現(xiàn)象嚴(yán)重，同時(shí)由于工況、產(chǎn)量的變化，系統(tǒng)所需求的風(fēng)量也隨之變化，大部分風(fēng)機(jī)采用傳統(tǒng)做法，即調(diào)節(jié)進(jìn)、出風(fēng)口閥門的開度來實(shí)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)效率低，損耗嚴(yán)重。因此，在水泥廠風(fēng)機(jī)采用調(diào)速技術(shù)，節(jié)約大量能源，提高生產(chǎn)效率，為水泥廠帶來較大的效益。

　　風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)特別利用調(diào)速技術(shù)改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行速度，以調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，可以既滿足生產(chǎn)要求，又達(dá)到節(jié)約電能，同時(shí)減少管道的磨損及經(jīng)常停機(jī)檢修所造成的經(jīng)濟(jì)損失。

　　2工礦簡(jiǎn)介

　　安徽菲達(dá)水泥有限公司由浙江天基實(shí)業(yè)有限公司（浙江能源集團(tuán)子公司）、菲達(dá)集團(tuán)有限公司（國(guó)家環(huán)保骨干企業(yè)、上市公司）、浙江天潔水泥有限公司（浙江省諸暨市大型民營(yíng)企業(yè)）和浙江華陽科技有限公司共同出資組建而成的規(guī)范化公司，2007年底被南方水泥有限公司資產(chǎn)重組。

　　公司地處安徽省廣德縣新杭鎮(zhèn)，是蘇浙皖三省八縣（市）交界處，東臨杭嘉湖、北倚蘇錫常，交通便捷，運(yùn)輸發(fā)達(dá)。公司擁有二條日產(chǎn)2500噸新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，總投資超過4億元，兩條熟料生產(chǎn)線年產(chǎn)能力155萬噸，產(chǎn)品主要銷往浙江、江蘇、上海等地。

　　水泥廠1#、2#窯頭排風(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，電能白白消耗在擋板上，風(fēng)機(jī)效率低下，針對(duì)這種狀況，水泥廠領(lǐng)導(dǎo)下決心對(duì)窯頭排風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造。

　　圖1用戶廠區(qū)

　　3窯頭排風(fēng)機(jī)調(diào)速方案選擇

　　目前，大功率異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式，主要采用以下幾種方式：

　?。?）液力耦合器方式。即在電機(jī)和負(fù)載之間串入一個(gè)液力耦合裝置，通過液面的高低調(diào)節(jié)電機(jī)和負(fù)載之間耦合力的大小，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的速度調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍有限，高速丟轉(zhuǎn)約5%-10%，低速轉(zhuǎn)差損耗大，精度低、線性度差、響應(yīng)慢。這種調(diào)速方法實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)差功率消耗型的做法，其主要缺點(diǎn)是隨著轉(zhuǎn)速下降效率越來越低、維護(hù)工作量大，屬低效調(diào)速方式。

　?。?）串級(jí)調(diào)速。串級(jí)調(diào)速必須采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)，將轉(zhuǎn)子繞組的一部分能量通過整流、逆變?cè)偎突氐诫娋W(wǎng)，而現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)幾乎都采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，更換電機(jī)非常麻煩。這種調(diào)速方式的調(diào)速范圍一般在70%-95%左右，調(diào)速范圍窄。容易造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，功率因數(shù)低；串級(jí)調(diào)速電機(jī)受轉(zhuǎn)子滑環(huán)的影響，維護(hù)工作量大，屬于落后技術(shù)。

　?。?）變頻調(diào)速技術(shù)是20世紀(jì)年代末興起的一種新型電力傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)，它以轉(zhuǎn)矩大、精度高、功能強(qiáng)、可靠性高，操作方便，便于通訊等功能優(yōu)于以往的傳統(tǒng)調(diào)速方式（如變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速等）。變頻調(diào)速運(yùn)行，是根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)速的變化要求，改變供電電流的頻率，并配合電壓的調(diào)節(jié)，以獲得合理的點(diǎn)擊運(yùn)行工況。在不同的轉(zhuǎn)速情況下，均保持較高的運(yùn)行效率。變頻控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅降低了電能消耗，同時(shí)能改善啟動(dòng)性能，保護(hù)電動(dòng)機(jī)及負(fù)載設(shè)備免受瞬時(shí)啟動(dòng)沖擊，延長(zhǎng)其工作壽命，還提高電動(dòng)機(jī)及負(fù)載設(shè)備的工作精確度。

　　通過對(duì)以上高壓電機(jī)調(diào)速方式比較，水泥廠領(lǐng)導(dǎo)決定采用高壓變頻器對(duì)1#、2#窯頭排風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。

　　經(jīng)過多方比較性價(jià)比，通過招標(biāo)方式，選用了中國(guó)名牌產(chǎn)品-山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-280F型高壓變頻器，一拖一控制，共計(jì)2臺(tái)高壓變頻器。改造取得了成功?，F(xiàn)對(duì)改造作一介紹。

　　4現(xiàn)場(chǎng)窯頭排風(fēng)機(jī)及電機(jī)參數(shù)

　　4.1電機(jī)參數(shù)

　　4.2風(fēng)機(jī)參數(shù)

　　圖2用戶現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖

　　5山東新風(fēng)光電子JD-BP37系列突出特點(diǎn)

　　(1)采用高速DSP作為中央處理器，運(yùn)算速度更快，讓控制更精準(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)：現(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，時(shí)間較長(zhǎng)，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。我公司提供的自動(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)換至變頻的功能，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程不會(huì)對(duì)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)掉電三十秒鐘內(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(cè)：實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)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，并保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)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一倍。

　　(8)通過控制器可實(shí)現(xiàn)對(duì)各單元直流濾波電容壽命的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)在年檢中對(duì)單元電解電容器進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)出廠時(shí)電解電容器的特性的比較與趨勢(shì)，可得出對(duì)電解電容器壽命的猜測(cè)，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(duì)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，一路為干式變壓器變壓以后的電源，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，就可以檢測(cè)輸出波形的正常與否。對(duì)于在現(xiàn)場(chǎng)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。我公司的變頻器在發(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?cè)斐蓡卧蚴钦麢C(jī)過電流保護(hù)，自動(dòng)復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)行。

　　6項(xiàng)目實(shí)施改造方案

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，旁路柜采用了一拖一手動(dòng)方案。此結(jié)構(gòu)是手動(dòng)旁路的典型方案手動(dòng)旁路柜。如下圖3所示。旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K3閉合，K2斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)K1、K3斷開，K2閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。

　　旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器DL連鎖，DL合閘時(shí)，絕對(duì)不允許操作旁路隔離開關(guān)與變頻輸出隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。

　　圖3手動(dòng)旁路柜一次回路圖

　　故障分閘：將變頻器“高壓分?jǐn)唷毙盘?hào)與旁路柜“變頻投入”信號(hào)串聯(lián)后，并聯(lián)于高壓開關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入；旁路投入狀態(tài)下，變頻器故障分閘無效。

　　保護(hù)：保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變。

　　風(fēng)光高壓變頻器調(diào)試非常方便，在確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)接線正確無誤后，用變頻器人機(jī)界面設(shè)定基本參數(shù)后，即可完成設(shè)置。人機(jī)界面采用全中文界面，方便國(guó)人使用習(xí)慣。下圖為高壓變頻器在現(xiàn)場(chǎng)使用照片。

　　圖4高壓變頻器現(xiàn)場(chǎng)照片

　　圖5人機(jī)界面運(yùn)行時(shí)監(jiān)控界面

　　改造注意事項(xiàng)：由于現(xiàn)場(chǎng)灰塵太多，而變頻器為強(qiáng)迫風(fēng)冷，為避免灰塵對(duì)變頻器造成影響，在房間通風(fēng)設(shè)計(jì)上，采用大面積專用進(jìn)風(fēng)窗，房間不設(shè)其他窗戶，基本上是密閉設(shè)計(jì)，通風(fēng)窗采用專用過濾網(wǎng)，最大限度地減少進(jìn)入變頻器室內(nèi)的灰塵，過濾網(wǎng)定期除塵，保證變頻器長(zhǎng)期安全運(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(duì)不高，對(duì)設(shè)備的電網(wǎng)適應(yīng)性問題突出。相對(duì)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(duì)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，大大提高應(yīng)用的可靠性。

　　7改造效果

　?。?）節(jié)能效果明顯。

　　改造前，風(fēng)機(jī)擋板開度為50%左右，安裝高壓變頻器后，風(fēng)機(jī)擋板開度為100%，改造前，運(yùn)行電流一般為18A左右,平均每小時(shí)耗電230.7KW•h,變頻器改造后，變頻器運(yùn)行頻率一般為34.7Hz,運(yùn)行電流下降到6A左右，平均每小時(shí)耗電93.5KW•h，每小時(shí)省電137.2KW•h，年按7000小時(shí)計(jì)算，年節(jié)省電量960400KW•h。

　?。?）安裝簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)單，即將原高壓開關(guān)柜與電動(dòng)機(jī)之間插入安裝變頻器，對(duì)原有接線改動(dòng)不大。

　?。?）提高了窯頭排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的最佳工況運(yùn)行。

　?。?）減少了維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

　　原窯頭排風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，風(fēng)機(jī)和電機(jī)始終滿負(fù)荷運(yùn)行，維護(hù)工作量大，檢修費(fèi)用高。采用變頻技術(shù)調(diào)速后，設(shè)備隨生產(chǎn)工藝變負(fù)荷運(yùn)行，大大降低了設(shè)備負(fù)荷率，延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)、電機(jī)等設(shè)備的使用壽命。

　?。?）變頻器具有多項(xiàng)保護(hù)功能，十分完善。

　　與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升保護(hù)等多項(xiàng)保護(hù)功能，更精確地保護(hù)了電機(jī)。

　?。?）調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高。

　　與過去擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量相比較，采用變頻拖動(dòng)風(fēng)機(jī)可以在2～50Hz范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度高，調(diào)節(jié)頻率波動(dòng)可保持在0.1～0.01Hz范圍內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)化控制。

　　8結(jié)束語

　　總之，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-280F高壓大功率變頻器在安徽菲達(dá)水泥有限公司窯頭排風(fēng)機(jī)上的改造是成功的，它不僅滿足了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，節(jié)能效果顯著，而且性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。鑒于風(fēng)光牌JD-BP37型高壓大功率變頻器的出色表現(xiàn)，同時(shí)改造的2#窯頭排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，該公司也采用我公司生產(chǎn)的高壓大功率變頻器。