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1引言

變頻調速技術(shù)以其卓越的調速性能、顯著(zhù)的節電效果，改善設備的運行工況，提高系統的安全可靠性，延長(cháng)設備使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，成為現代電力傳動(dòng)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。而通過(guò)調節風(fēng)門(mén)、擋板開(kāi)度的大小來(lái)調整受控對象的方法，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。隨著(zhù)當今社會(huì )市場(chǎng)競爭不斷加劇，采用變頻調速技術(shù)對這類(lèi)負載進(jìn)行改造，成為社會(huì )的潮流。
2用戶(hù)簡(jiǎn)介

四川某礦業(yè)有限公司是一家股份制民營(yíng)企業(yè)，是我國西部地區設備、工藝和技術(shù)較先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量較好、生產(chǎn)能力較大、銷(xiāo)量較大的鉛鋅生產(chǎn)企業(yè)之一。該公司有一個(gè)羅茨鼓風(fēng)機，用于焙燒爐供氣，焙燒爐正常生產(chǎn)時(shí)，需要保持空氣壓力為13kPa左右。但考慮到開(kāi)爐及處理異常情況時(shí)的工藝要求，所選風(fēng)機的富裕量達50%左右。由于羅茨鼓風(fēng)機的風(fēng)量余量很大，正常工作時(shí)，隨著(zhù)爐子的產(chǎn)量和鋅礦石成分的變化，風(fēng)機的工況也須調整。為了調節送風(fēng)量，采取在送風(fēng)管上放風(fēng)，大量空氣排空，風(fēng)機放空噪音很大，嚴重影響了周?chē)用竦纳睢?br/>隨著(zhù)市場(chǎng)競爭的加劇，該礦采取各種措施降本增效。眾所周知，羅茨風(fēng)機的風(fēng)壓是不受風(fēng)機轉速限制的，不論轉速變化如何其風(fēng)壓可以保持基本不變。而風(fēng)量則與風(fēng)機轉速成正比的，即Q＝KN，Q：表示風(fēng)量，N：表示風(fēng)機轉速，K：為系數。

羅茨鼓風(fēng)機屬于恒轉矩負載，其節電率與轉速降成正比即N％=△N％，雖然不同于一般風(fēng)機、水泵節電率更高，但因它的功率較大，而且連續24小時(shí)工作的，開(kāi)動(dòng)時(shí)間亦很長(cháng)。因此節電潛力大，節電效果明顯。

該公司領(lǐng)導基于降低生產(chǎn)成本和降低風(fēng)機運行噪音兩方面考慮，決定選用變頻器對羅茨風(fēng)機進(jìn)行改造。經(jīng)過(guò)招標，決定采用新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的JD-BP38-450F （450kW/10kV）高壓變頻器對羅茨鼓風(fēng)機進(jìn)行調速改造。
現場(chǎng)羅茨鼓風(fēng)機參數如表1、表2所示。

3 新風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻調速系統技術(shù)特點(diǎn)

風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)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，其諧波指標遠小于IEEE519-1992的諧波標準，輸入功率因數高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。具體來(lái)說(shuō)，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，運算速度更快，控制更精準。
(2)矢量控制技術(shù)，通過(guò)測量和控制交流電動(dòng)機定子電流矢量，根據磁場(chǎng)定向原理分別對交流電動(dòng)機的勵磁電流和轉矩電流進(jìn)行控制，從而達到控制交流電動(dòng)機轉矩的目的。啟動(dòng)轉矩大，轉矩動(dòng)態(tài)響應快，調速精度高，帶負載能力強。
(3)快速飛車(chē)啟動(dòng)功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動(dòng)。在變頻器受到負載沖擊保護后可對其自動(dòng)復位，然后再自動(dòng)啟動(dòng)，即可避免重要場(chǎng)合（如水泥廠(chǎng)高溫風(fēng)機）變頻保護停機造成的損失。快速飛車(chē)啟動(dòng)技術(shù)可實(shí)現變頻器在0.1s之內從保護狀態(tài)復位重新帶載運行。
(4)工頻/變頻無(wú)擾切換技術(shù)。現在的高壓變頻調速系統一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機轉至工頻運行，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，適應于無(wú)備用裝置或不重要的運行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉換至工頻運行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉換至工頻運行狀態(tài)，還可實(shí)現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個(gè)轉換過(guò)程不會(huì )對用戶(hù)設備的運行造成任何影響。
(5)電網(wǎng)瞬時(shí)掉電重啟技術(shù)，電網(wǎng)瞬間掉電可自動(dòng)重啟，可提供最長(cháng)60s的等待時(shí)間。
(6)線(xiàn)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(xiàn)電壓平衡，傳統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(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調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(xiàn)電壓均衡輸出。
(7)振蕩抑制技術(shù)，電機輕載或者空載的時(shí)候會(huì )出現局部不穩定現象，這時(shí)電流幅值波動(dòng)很大，電流的振蕩有可能會(huì )導致系統因為過(guò)流或過(guò)壓而觸發(fā)保護。新風(fēng)光公司采用優(yōu)越的電流算法，有效地抑制電流的振蕩，保證系統穩定可靠的工作。
(8)多機主從控制技術(shù)，變頻器具備主從控制功能，多臺變頻器之間可通過(guò)數據總線(xiàn)組成主從控制網(wǎng)絡(luò )。將其中的一臺設為主機，其他設為從機，主機實(shí)時(shí)采集各從機的狀態(tài)信息，同時(shí)發(fā)送給各從機頻率、轉矩指令，實(shí)現各臺變頻器的功率平衡和綜合控制。該技術(shù)適用于皮帶機、摩擦式提升機等需要功率平衡控制的場(chǎng)合。
(9)輸出電壓自動(dòng)穩壓技術(shù)，變頻器實(shí)時(shí)檢測各單元母線(xiàn)電壓，根據母線(xiàn)電壓調整輸出電壓，從而實(shí)現自動(dòng)穩壓功能。避免電網(wǎng)波動(dòng)對輸出電壓的影響。
(10)故障單元熱復位技術(shù)，若單元在運行中故障，且變頻器對其旁路繼續運行，此時(shí)可在運行中對故障單元進(jìn)行復位，不必等變頻器停機。

(11)單元直流電壓檢測：實(shí)時(shí)顯示檢測系統的直流電壓，從而實(shí)現輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統控制性能，并可使保證運行維護人員實(shí)現對功率單元運行狀況的全面把握。
(12)具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設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功能，將會(huì )導致重大事故。變頻器在發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。
(13)限流功能：當變頻器輸出電流超過(guò)設定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負載突然變化而引起的過(guò)流保護，最大限度減少停機次數。
(14)多種控制方式，可選擇本機控制、遠控盒控制、DCS控制支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議頻率設定可以現場(chǎng)給定、通訊給定等支持頻率預設、加減速功能。
4 高壓變頻器主回路控制方案

高壓變頻器設備安裝在風(fēng)機值班室內，原高壓柜至電機的高壓電纜用做改造時(shí)電機至變頻器連接電纜，變頻器至高壓柜電纜重新敷設，同時(shí)敷設集控室至高壓變頻器的控制電纜用于變頻器的遠程控制，采集現場(chǎng)設備狀態(tài)信號，實(shí)現設備的實(shí)時(shí)調節及信號反饋。此外還需敷設一根高壓柜至變頻器的控制電纜，用于高壓柜合閘允許和高壓柜緊急分閘控制。
一次接線(xiàn)如圖1所示。

圖1 手動(dòng)旁路柜

圖1旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)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)機構，實(shí)現電磁互鎖。當K1、K3閉合，K2斷開(kāi)時(shí)，電機變頻運行；當K1、K3斷開(kāi)，K2閉合時(shí)，電機工頻運行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護和調試。
旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖，DL合閘時(shí)，絕對不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻輸出隔離開(kāi)關(guān)，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。
故障分閘：將變頻器“高壓分斷”信號與旁路柜“變頻投入”信號串聯(lián)后，并聯(lián)于高壓開(kāi)關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下，當變頻器出現故障時(shí)，分斷變頻器高壓輸入；旁路投入狀態(tài)下，變頻器故障分閘無(wú)效。保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。
5羅茨鼓風(fēng)機改造運行情況

羅茨鼓風(fēng)機高壓變頻器一次正式投入運行，至今運行正常兩年。改造達到了預期目的。羅茨鼓風(fēng)機電機電流大大減小，風(fēng)機運行噪聲大大降低。變頻運行后，送風(fēng)管上防風(fēng)管關(guān)閉，根據焙燒爐生產(chǎn)量的大小，隨時(shí)調節羅茨鼓風(fēng)機的風(fēng)量大小，滿(mǎn)足生產(chǎn)沸騰爐的工藝要求，而且現場(chǎng)人員操作非常方便。
5.1節能計算

2015年6月該公司節能服務(wù)中心隨機對羅茨鼓風(fēng)機高壓變頻器進(jìn)行了測試，記錄數據如表3所示。

根據表3，羅茨鼓風(fēng)機工頻運行時(shí)，功率因數取0.8，電源電壓10.20kV，計算每小時(shí)耗電為：327.9kW。羅茨鼓風(fēng)機變頻運行時(shí)，功率因數為0.97，變頻輸入電壓10.20kV，計算每小時(shí)耗電為：169.5kW。較工頻運行時(shí)每小時(shí)節約電量158.2kW。每年運行300d，每天運行24h，那么年節約電量：158.2kW×24h×300d=113.9萬(wàn)kW? h。

通過(guò)以上變頻運行數據，在與生產(chǎn)工況基本相同的工頻運行相比，電機電流、消耗功率大大減小，節能效果是非常明顯的。
5.2間接效益
（1）有效地改善了現場(chǎng)運行環(huán)境。采用變頻調速后，大大減少了風(fēng)機管道震動(dòng)頻率和噪音。消除了風(fēng)機的旁路放空噪聲，解決了風(fēng)機擾民問(wèn)題，改善了工人的工作環(huán)境。
（2）減少了維護工作量和維護費用，延長(cháng)了設備的使用壽命。由于采用了變頻調速技術(shù)，電機啟動(dòng)、調速平穩，不存在啟動(dòng)電流沖擊，而且羅茨鼓風(fēng)機和驅動(dòng)電機都處于相對額定轉速較低的轉速上，因而其零部件的機械磨損減少，降低了維護費用，延長(cháng)了風(fēng)機使用壽命。
（3）改變了過(guò)去以調節出口空氣排放方式來(lái)調節風(fēng)量的生產(chǎn)方式，勞動(dòng)強度減輕，調節的及時(shí)性好，提高了產(chǎn)品的合格率。
6 結束語(yǔ)

該羅茨風(fēng)機經(jīng)過(guò)變頻改造之后，不僅達到了良好的節能效果，降低了噪音，并且提高了企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量。隨著(zhù)國家對節能減排的越來(lái)越重視，企業(yè)通過(guò)各種措施降低生產(chǎn)成本，其中變頻技術(shù)起到了重要作用。
參考文獻