【摘  要】 本文結(jié)合水泥廠立窯羅茨風機的生產(chǎn)工藝，綜述了高壓變頻器的性能特點及系統(tǒng)原理，同時詳細說明了整體改造方案，介紹了變頻器的節(jié)電效果。

【關(guān)鍵詞】 高壓變頻器 節(jié)能降耗  水泥廠  立窯  羅茨風機。

一﹑立窯羅茨風機高壓變頻改造的必要性 

      貴州九龍水泥立窯羅茨風機為繞線式異步電動機，原有的運行方式是電機工頻全速運行，依靠出口放風閥來調(diào)節(jié)所需風量大小，由于該公司電網(wǎng)容量有限，電機不允許全壓啟動，電機采用轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的方式啟動，啟動結(jié)束后再自動短接啟動電阻，電機全速運行，但投運后發(fā)現(xiàn)通過出口放風閥門調(diào)節(jié)方式存在如下弊端：

1﹑出口放風閥調(diào)節(jié)反應(yīng)滯后，調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)精度低，往往對現(xiàn)場所需風量控制不到位，影響現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝要求。

2﹑出口放風閥調(diào)節(jié)不科學，不經(jīng)濟，浪費資源，采用放風閥調(diào)節(jié)雖然結(jié)構(gòu)簡單，投資少，但在節(jié)能意識日益加強的今天顯然已經(jīng)不合適，水泥廠在建廠初期，出于后續(xù)可能擴建及運行安全的角度，電機及風機的裕量選用比較大，嚴重存在著大馬拉小車的現(xiàn)象，事實上，電機額定電流為40A，而電機實際運行電流平均僅為28A左右，由于采用出口放風閥調(diào)節(jié)，人為的放掉了風道的風壓和風量，大量的能源白白浪費被放風閥放出，在能源日益緊缺的今天，顯然已經(jīng)落伍，節(jié)能改造勢在必行。

3﹑電機工頻全速運行時，電機軸承等機械部位磨損嚴重，另外，由于是轉(zhuǎn)子繞線式異步電機，轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)時，其滑環(huán)上的碳刷磨損也相當嚴重，更換周期短，設(shè)備維護量大。 

4﹑啟動過程復(fù)雜，轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻啟動方式附帶了很多二次回路，維護量大，使用效率卻不高，然而卻不可缺少，啟動方式屬于落后工藝。

綜上所述，要先想徹底的改變現(xiàn)有工藝，就必須從源頭改進，即通過改變電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)節(jié)風量的目的，以此來滿足現(xiàn)場工藝要求。

二﹑調(diào)速方式的選擇

      目前，國內(nèi)大功率高壓異步電動機主要調(diào)速方式有以下幾種：串級調(diào)速﹑內(nèi)反饋串級調(diào)速﹑液力耦合器調(diào)速﹑變頻調(diào)速等。

1﹑串級調(diào)速：優(yōu)點是可以回收轉(zhuǎn)差功率，所以調(diào)速效率比較高，但存在的問題也很多，它不適宜現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子繞線式異步電動機，啟動過程復(fù)雜，啟動電流大，調(diào)速范圍有限，響應(yīng)慢，功率因數(shù)和效率低，很難實現(xiàn)同PLC及DCS等控制系統(tǒng)的配合，諧波污染大，對電網(wǎng)有較大干擾。

2﹑內(nèi)反饋調(diào)速：內(nèi)反饋調(diào)速是在串級調(diào)速基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，優(yōu)點是具有串級調(diào)速的全部優(yōu)點，體積小，缺點是：需更換專用電機，滑環(huán)處理不當容易出現(xiàn)事故，雖然采用頻敏變阻器啟動，可啟動電流仍很大，對電機和電網(wǎng)沖擊很大，調(diào)速范圍有限，輸入功率因數(shù)和效率低，電機側(cè)由于可控硅的逆變衍生出大量的高次諧波，對電機的絕緣造成老化，容易引起電機的轉(zhuǎn)矩脈動，附加發(fā)熱和噪聲污染，電纜需加粗使用，電機喘振現(xiàn)象無法消除。

3﹑液力耦合器調(diào)速：調(diào)速范圍有限，高速丟失轉(zhuǎn)差約3%-5%，低速轉(zhuǎn)差功率損失更大（1－調(diào)速比），最高可達額定傳送功率的15%，因效率與轉(zhuǎn)速成正比，低速時效率極低，精度低，無法切換運行，維護復(fù)雜，費用大。

4﹑高壓變頻器調(diào)速：由于運用了先進的電力電子技術(shù)，計算機控制技術(shù)，現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣，電機拖動等綜合性領(lǐng)域的科學技術(shù)，因此具有其它調(diào)速方式無法比擬的優(yōu)點。

三﹑科陸CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢

1﹑高效率、無污染、高功率因數(shù)

       CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用的是功率單元串聯(lián)的高-高方案，采用了多繞組高壓移相變壓器，二次側(cè)繞組中流過的電流在變壓器一次側(cè)疊加時，形成非常逼近正弦波的電流波形。經(jīng)過實際測試，50Hz運行時，網(wǎng)側(cè)電流諧波＜2％，電機側(cè)輸出電壓諧波＜1.5％（即使在40Hz時，仍然＜2％），成套裝置的效率＞97％，功率因數(shù)＞0.96。完全滿足了IEEE 519－1992對電壓、電流諧波含量的要求。

      另外，通過采用自主開發(fā)的專用PWM控制方法，比同類的其它方法還可進一步降低輸出電壓諧波1～2％

2﹑先進的故障單元旁路運行（專業(yè)核心技術(shù)）

      為了提高系統(tǒng)的可靠性，整個變頻調(diào)速系統(tǒng)中考慮了一定的輸出電壓余量，并在各功率單元中增加了旁路電路。當某個功率單元出現(xiàn)故障時，可以自動監(jiān)測故障并啟動旁路電路，使得該單元不再投入運行，同時程序會自動進行運算，調(diào)整算法，使得輸出的三相線電壓仍然完全對稱，電機的運行不受任何影響。這種控制方法處于國際先進，國內(nèi)領(lǐng)先的水平，它將大大提高系統(tǒng)的可靠性和運行的穩(wěn)定性。

3﹑高性能的控制技術(shù)

      CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)率先實現(xiàn)了簡易矢量控制技術(shù)，可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩快速動態(tài)響應(yīng)，并且具有加、減速自適應(yīng)功能，即可根據(jù)運行工況參數(shù)的實際變化，自動調(diào)整加、減速時間，在不超過最大允許電流的情況下，快速達到設(shè)定轉(zhuǎn)速；同時，系統(tǒng)可以自動識別電機轉(zhuǎn)速，用戶可以不考慮電機目前的運行狀態(tài)，電機不需要停止運行就可直接實現(xiàn)電動機的啟動、加速、減速或停車操作。

      CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)還可以實現(xiàn)反饋能量自動限制功能。

4﹑高可靠性

      控制電源可實現(xiàn)外部220V供電和高壓電源輔助供電雙路電源自動切換，同時配置有UPS，即使兩路電源都出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)仍然可以工作足夠長的時間，控制整個系統(tǒng)安全停機，發(fā)出報警，并記錄故障時的所有狀態(tài)參數(shù)。

采用高速光纖通信，可有效避免電磁干擾。

當單元故障數(shù)目超過設(shè)定值時，系統(tǒng)可自動切換到工頻運行。

整流變壓器有完善的溫度監(jiān)控功能。

      獨特設(shè)計的功率柜風道，主要發(fā)熱元器件都靠近或處于風道中，散熱效果好，保證了系統(tǒng)的過載能力。

      抗電網(wǎng)電壓波動能力強，當電網(wǎng)電壓在-15％～+15％范圍內(nèi)波動時，系統(tǒng)可以正常工作；對于功率單元，在電壓-25％～+20％范圍內(nèi)變化時，都可正常工作。

5﹑其它特點

故障自診斷能力強，監(jiān)測系統(tǒng)中所有主要參數(shù)及接口信號。

10.4英寸液晶觸摸屏人機界面，操作簡單，友好，顯示內(nèi)容豐富。

接口豐富，可與多種自動化設(shè)備和系統(tǒng)接口，滿足各種現(xiàn)場不同需要，特殊接口可以定制。

具有本地和遠程操作功能，，可以通過DCS遠程實現(xiàn)監(jiān)控功能；

維修簡單，所有單元可以互換，備件少。

四﹑改造項目具體實施方案及過程

      根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，旁路柜采用一拖一手動方案，此結(jié)構(gòu)是手動旁路的典型方案，是由3個高壓隔離刀閘QS1﹑QS2﹑QS3組成，其中QF1為客戶提供高壓隔離總開關(guān)，

      其工作原理是：工頻運行時， QS2閉合，斷開QS1和QS3，變頻運行時， QS1和QS3閉合，QS2斷開， QS2和QS3是雙聯(lián)高壓隔離刀閘不會同時閉合，在機械上實現(xiàn)了機械互鎖

      優(yōu)點：高壓變頻器故障時，有明顯斷電點，能夠確保人身安全，同時可以手動使負載投入工頻電網(wǎng)運行

      缺點：高壓變頻器故障時，不能自動由變頻切換到工頻

      現(xiàn)場原有的電阻啟動裝置繼續(xù)保留，當高壓變頻器出現(xiàn)故障時，直接把變頻器高壓輸入電纜切換到電阻啟動裝置上即可，操作簡單，快捷

五﹑改造效果

1﹑電動機參數(shù)

2﹑變頻器參數(shù)

3﹑變頻改造前后能耗對比

4﹑變頻改造前后現(xiàn)場工況對比

綜合上述表格，可以看出：

      立窯羅茨風機變頻改造后，取得的間接效果也是十分明顯的，因為變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)常運行在30赫茲左右，電機及風機旋轉(zhuǎn)速度降低，電機及風機的軸溫降低，噪音降低，整體維護周期大大縮短，操作人員在遠控箱側(cè)通過監(jiān)控界面很方便的調(diào)節(jié)電機的運行頻率，高壓變頻器的頻率分辨率精確到0.01赫茲，調(diào)節(jié)及時，調(diào)節(jié)精度高。

六﹑總  結(jié)

      節(jié)約能源是我國的基本國策，國家制定了“節(jié)能中長期專項規(guī)劃”，為落實此規(guī)劃目標，國家發(fā)改委最近啟動了十大重點節(jié)能工程，作為耗能大戶的水泥行業(yè)是國家宏觀調(diào)控的重點，也是節(jié)能的重點行業(yè)，通過各種措施，如果能把生產(chǎn)每噸水泥電耗控制在100KW.h內(nèi)，按我國水泥年產(chǎn)12億噸計算，如達到節(jié)能指標，則每年可節(jié)約百萬噸煤，節(jié)電百億度，并且可使廢氣排放量降低，有利于保護環(huán)境，同時也降低了企業(yè)成本。貴州九龍水泥廠立窯高壓羅茨風機的變頻改造，達到了節(jié)電和改善工藝的效果，取得了圓滿成功。目前在我國，水泥行業(yè)相對于其它如冶金、電力等行業(yè)，高壓變頻器改造的進度相對緩慢，如果中國大多數(shù)水泥制造企業(yè)都能合理、深度挖掘自身潛力，那么有理由相信，中國的天將會更藍，水會更清，節(jié)能型的和諧社會美好前景定會展現(xiàn)在我們的面前！