產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
少用電 用好電 再生電 存儲電 防爆電
解決方案
高壓變頻器在水泥行業(yè)風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用
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，而市場競爭卻越來越激烈，水泥企業(yè)的利潤空間也壓縮的越來越小，在國家政策《中華人民共和國節(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，水泥廠電動機(jī)電耗占成本近30％，而拖動風(fēng)機(jī)用的高壓電動機(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)電動機(jī)特別利用調(diào)速技術(shù)改變設(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工礦簡介
安徽菲達(dá)水泥有限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)采用異步電動機(jī)拖動，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，針對這種狀況，水泥廠領(lǐng)導(dǎo)下決心對窯頭排風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造。
3 窯頭排風(fēng)機(jī)調(diào)速方案選擇
目前，大功率異步電動機(jī)調(diào)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(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。
（2）串級調(diào)速。串級調(diào)速必須采用繞線式異步電動機(jī)，將轉(zhuǎn)子繞組的一部分能量通過整流、逆變再送回到電網(wǎng)，而現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場幾乎都采用鼠籠式異步電動機(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。容易造成對電網(wǎng)的諧波污染，功率因數(shù)低；串級調(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)。
（3）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)能改善啟動性能，保護(hù)電動機(jī)及負(fù)載設(shè)備免受瞬時(shí)啟動沖擊，延長其工作壽命，還提高電動機(jī)及負(fù)載設(shè)備的工作精確度。
通過對以上高壓電機(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(jì)2臺高壓變頻器。改造取得了成功。
4現(xiàn)場窯頭排風(fēng)機(jī)及電機(jī)參數(shù)
現(xiàn)場窯頭排風(fēng)機(jī)及電機(jī)參數(shù)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(yùn)算速度更快，讓控制更精準(zhǔn)。
（2）飛車啟動功能：能夠識別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。
（3）完整的工頻/變頻自動互切技術(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，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，時(shí)間較長，適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運(yùn)行工況，自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。我公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(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)換過程不會對用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。
（4）旋轉(zhuǎn)中再啟動功能：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)后變頻自動運(yùn)行到掉電前的頻率。
（5）線電壓自動均衡技術(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)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)，自動復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)行。
6項(xiàng)目實(shí)施改造方案
根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，旁路柜采用了一拖一手動方案。此結(jié)構(gòu)是手動旁路的典型方案手動旁路柜。如圖1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。
故障分閘：將變頻器“高壓分?jǐn)唷毙盘柵c旁路柜“變頻投入”信號串聯(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，方便國人使用習(xí)慣。
改造注意事項(xiàng)：由于現(xiàn)場灰塵太多，而變頻器為強(qiáng)迫風(fēng)冷，為避免灰塵對變頻器造成影響，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），單元故障自動旁路、工頻旁路、瞬時(shí)停電再啟動功能、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)波動和負(fù)載擾動能力，大大提高應(yīng)用的可靠性。
7改造效果
（1）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。
（2）安裝簡單，即將原高壓開關(guān)柜與電動機(jī)之間插入安裝變頻器，對原有接線改動不大。
（3）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)的較佳工況運(yùn)行。
（4）減少了維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用，延長了設(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，延長了風(fēng)機(jī)、電機(jī)等設(shè)備的使用壽命。
（5）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)。
（6）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)自動化控制。
8結(jié)束語
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(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。
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