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1引言
　　近年來(lái)隨著(zhù)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)一去不復返了，而市場(chǎng)競爭卻越來(lái)越激烈，水泥企業(yè)的利潤空間也壓縮的越來(lái)越小，在國家政策《中華人民共和國節約能源法》和強制性標準《GB50443-2007水泥廠(chǎng)節能設計規范》及時(shí)引導下，水泥行業(yè)企業(yè)節能降耗工作被放到了非常重要的位置。
　　據有關(guān)報道，水泥廠(chǎng)電動(dòng)機電耗占成本近30％，而拖動(dòng)風(fēng)機用的高壓電動(dòng)機在電機中占有很大的比重，在水泥的生產(chǎn)中，風(fēng)機大馬拉小車(chē)現象嚴重，同時(shí)由于工況、產(chǎn)量的變化，系統所需求的風(fēng)量也隨之變化，大部分風(fēng)機采用傳統做法，即調節進(jìn)、出風(fēng)口閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)實(shí)現，風(fēng)機效率低，損耗嚴重。因此，在水泥廠(chǎng)風(fēng)機采用調速技術(shù)，節約大量能源，提高生產(chǎn)效率，為水泥廠(chǎng)帶來(lái)較大的效益。
　　風(fēng)機電動(dòng)機特別利用調速技術(shù)改變設備的運行速度，以調節風(fēng)量的大小，可以既滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，又達到節約電能，同時(shí)減少管道的磨損及經(jīng)常停機檢修所造成的經(jīng)濟損失。
2工礦簡(jiǎn)介
　　安徽菲達水泥有限公司地處安徽省廣德縣新杭鎮，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，運輸發(fā)達。公司擁有二條日產(chǎn)2500噸新型干法水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)，總投資超過(guò)4億元，兩條熟料生產(chǎn)線(xiàn)年產(chǎn)能力155萬(wàn)噸，產(chǎn)品主要銷(xiāo)往浙江、江蘇、上海等地。
　　水泥廠(chǎng)1#、2#窯頭排風(fēng)機采用異步電動(dòng)機拖動(dòng)，原來(lái)的電機運行方式為全速運行，風(fēng)量調節采用擋板控制開(kāi)度，電能白白消耗在擋板上，風(fēng)機效率低下，針對這種狀況，水泥廠(chǎng)領(lǐng)導下決心對窯頭排風(fēng)機進(jìn)行調速改造。
3 窯頭排風(fēng)機調速方案選擇
　　目前，大功率異步電動(dòng)機調速方式，主要采用以下幾種方式：
　　（1）液力耦合器方式。即在電機和負載之間串入一個(gè)液力耦合裝置，通過(guò)液面的高低調節電機和負載之間耦合力的大小，實(shí)現負載的速度調節，調速范圍有限，高速丟轉約5%-10%，低速轉差損耗大，精度低、線(xiàn)性度差、響應慢。這種調速方法實(shí)質(zhì)上是轉差功率消耗型的做法，其主要缺點(diǎn)是隨著(zhù)轉速下降效率越來(lái)越低、維護工作量大，屬低效調速方式。
　　（2）串級調速。串級調速必須采用繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機，將轉子繞組的一部分能量通過(guò)整流、逆變再送回到電網(wǎng)，而現在工業(yè)現場(chǎng)幾乎都采用鼠籠式異步電動(dòng)機，更換電機非常麻煩。這種調速方式的調速范圍一般在70%-95%左右，調速范圍窄。容易造成對電網(wǎng)的諧波污染，功率因數低；串級調速電機受轉子滑環(huán)的影響，維護工作量大，屬于落后技術(shù)。
　　（3）變頻調速技術(shù)是20世紀年代末興起的一種新型電力傳動(dòng)調速技術(shù)，它以轉矩大、精度高、功能強、可靠性高，操作方便，便于通訊等功能優(yōu)于以往的傳統調速方式（如變極調速、調壓調速等）。變頻調速運行，是根據負載轉速的變化要求，改變供電電流的頻率，并配合電壓的調節，以獲得合理的點(diǎn)擊運行工況。在不同的轉速情況下，均保持較高的運行效率。變頻控制技術(shù)的應用，不僅降低了電能消耗，同時(shí)能改善啟動(dòng)性能，保護電動(dòng)機及負載設備免受瞬時(shí)啟動(dòng)沖擊，延長(cháng)其工作壽命，還提高電動(dòng)機及負載設備的工作精確度。
　　通過(guò)對以上高壓電機調速方式比較，水泥廠(chǎng)領(lǐng)導決定采用高壓變頻器對1#、2#窯頭排風(fēng)機進(jìn)行改造。
　　經(jīng)過(guò)多方比較性?xún)r(jià)比，通過(guò)招標方式，選用了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-280F型高壓變頻器，一拖一控制，共計2臺高壓變頻器。改造取得了成功。
4現場(chǎng)窯頭排風(fēng)機及電機參數
　　現場(chǎng)窯頭排風(fēng)機及電機參數如表1和表2所示。

5新風(fēng)光電子JD-BP38系列突出特點(diǎn)
　　（1）采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，讓控制更精準。
　　（2）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)。
　　（3）完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(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，時(shí)間較長(cháng)，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。我公司提供的自動(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。
　　（4）旋轉中再啟動(dòng)功能：運行過(guò)程中高壓瞬時(shí)掉電三十秒鐘內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動(dòng)運行到掉電前的頻率。
　　（5）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。
　　（6）單元直流電壓檢測：實(shí)時(shí)顯示檢測系統直流電壓，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。
　　（7）單元內電解電容因采取了公司專(zhuān)利技術(shù)，可以將其使用壽命提高一倍。
　　（8） 通過(guò)控制器可實(shí)現對各單元直流濾波電容壽命的檢測，實(shí)現在年檢中對單元電解電容器進(jìn)行檢測，根據出廠(chǎng)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，提前預知電解電容器是否可繼續運行，避免由于電容器運行出現非預期的系統故障，并實(shí)現運行維護人員對功率單元設備狀況的及時(shí)把握。
　　（9） 散熱結構設計合理，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結構， IGBT承受電壓較低，可以有較寬的過(guò)壓范圍（≥1.15Ue），設備可靠性更高。
　　（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，這樣在調試過(guò)程中，無(wú)需加入高壓主電，就可以檢測輸出波形的正常與否。對于在現場(chǎng)安裝調試以及人員培訓很方便，大大提高了安全性。
　　（11） 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。我公司的變頻器在發(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。
　　（12） 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。
　　（13） 故障自復位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過(guò)電流保護，自動(dòng)復位，繼續運行。
6項目實(shí)施改造方案
　　根據現場(chǎng)的實(shí)際情況，旁路柜采用了一拖一手動(dòng)方案。此結構是手動(dòng)旁路的典型方案手動(dòng)旁路柜。如圖1所示。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。
　　風(fēng)光高壓變頻器調試非常方便，在確認現場(chǎng)接線(xiàn)正確無(wú)誤后，用變頻器人機界面設定基本參數后，即可完成設置。人機界面采用全中文界面，方便國人使用習慣。
　　改造注意事項：由于現場(chǎng)灰塵太多，而變頻器為強迫風(fēng)冷，為避免灰塵對變頻器造成影響，在房間通風(fēng)設計上，采用大面積專(zhuān)用進(jìn)風(fēng)窗，房間不設其他窗戶(hù)，基本上是密閉設計，通風(fēng)窗采用專(zhuān)用過(guò)濾網(wǎng)，最大限度地減少進(jìn)入變頻器室內的灰塵，過(guò)濾網(wǎng)定期除塵，保證變頻器長(cháng)期安全運行。
　　水泥行業(yè)連續生產(chǎn)的性質(zhì)決定了用于水泥廠(chǎng)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(chǎng)一般地處偏遠，供電質(zhì)量相對不高，對設備的電網(wǎng)適應性問(wèn)題突出。相對適應進(jìn)口品牌高壓變頻器，風(fēng)光牌高壓變頻器拓撲結構采用功率單元串聯(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、相間短路等多項完善的保護功能技術(shù)，提高了抗電網(wǎng)波動(dòng)和負載擾動(dòng)能力，大大提高應用的可靠性。
7改造效果
　　（1）節能效果明顯。
　　改造前，風(fēng)機擋板開(kāi)度為50%左右，安裝高壓變頻器后，風(fēng)機擋板開(kāi)度為100%，改造前，運行電流一般為18A左右，平均每小時(shí)耗電230.7KW·h,變頻器改造后，變頻器運行頻率一般為34.7Hz,運行電流下降到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)計算，年節省電量960400KW·h。
　　（2）安裝簡(jiǎn)單，即將原高壓開(kāi)關(guān)柜與電動(dòng)機之間插入安裝變頻器，對原有接線(xiàn)改動(dòng)不大。
　　（3）提高了窯頭排風(fēng)機系統運行效率，實(shí)現了風(fēng)機系統的較佳工況運行。
　　（4）減少了維護工作量和維護費用，延長(cháng)了設備的使用壽命。
　　原窯頭排風(fēng)機在運行過(guò)程中，風(fēng)機和電機始終滿(mǎn)負荷運行，維護工作量大，檢修費用高。采用變頻技術(shù)調速后，設備隨生產(chǎn)工藝變負荷運行，大大降低了設備負荷率，延長(cháng)了風(fēng)機、電機等設備的使用壽命。
　　（5）變頻器具有多項保護功能，十分完善。
　　與原來(lái)舊系統相比較，變頻器具有過(guò)流、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、溫升保護等多項保護功能，更精確地保護了電機。
　　（6）調速范圍寬，調速精度高。
　　與過(guò)去擋板調節風(fēng)量相比較，采用變頻拖動(dòng)風(fēng)機可以在2～50Hz范圍內任意調節，調節精度高，調節頻率波動(dòng)可保持在0.1～0.01Hz范圍內，便于實(shí)現風(fēng)機系統自動(dòng)化控制。
8結束語(yǔ)
　　總之，新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-280F高壓大功率變頻器在安徽菲達水泥有限公司窯頭排風(fēng)機上的改造是成功的，它不僅滿(mǎn)足了風(fēng)機系統生產(chǎn)工藝的要求，節能效果顯著(zhù)，而且性能穩定，運行可靠。鑒于風(fēng)光牌JD-BP37型高壓大功率變頻器的出色表現，同時(shí)改造的2#窯頭排風(fēng)機系統，該公司也采用我公司生產(chǎn)的高壓大功率變頻器。