一﹑立窯羅茨風(fēng)機(jī)高壓變頻改造的必要性
      貴州九龍水泥立窯羅茨風(fēng)機(jī)為繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)，原有的運(yùn)行方式是電機(jī)工頻全速運(yùn)行，依靠出口放風(fēng)閥來(lái)調(diào)節(jié)所需風(fēng)量大小，由于該公司電網(wǎng)容量有限，電機(jī)不允許全壓?jiǎn)?dòng)，電機(jī)采用轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的方式啟動(dòng)，啟動(dòng)結(jié)束后再自動(dòng)短接啟動(dòng)電阻，電機(jī)全速運(yùn)行，但投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)通過(guò)出口放風(fēng)閥門(mén)調(diào)節(jié)方式存在如下弊端：
 
1﹑出口放風(fēng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)所需風(fēng)量控制不到位，影響現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)工藝要求。
2﹑出口放風(fēng)閥調(diào)節(jié)不科學(xué)，不經(jīng)濟(jì)，浪費(fèi)資源，采用放風(fēng)閥調(diào)節(jié)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，但在節(jié)能意識(shí)日益加強(qiáng)的今天顯然已經(jīng)不合適，水泥廠(chǎng)在建廠(chǎng)初期，出于后續(xù)可能擴(kuò)建及運(yùn)行安全的角度，電機(jī)及風(fēng)機(jī)的裕量選用比較大，嚴(yán)重存在著大馬拉小車(chē)的現(xiàn)象，事實(shí)上，電機(jī)額定電流為40A，而電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流平均僅為28A左右，由于采用出口放風(fēng)閥調(diào)節(jié)，人為的放掉了風(fēng)道的風(fēng)壓和風(fēng)量，大量的能源白白浪費(fèi)被放風(fēng)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(shì)在必行。
3﹑電機(jī)工頻全速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)軸承等機(jī)械部位磨損嚴(yán)重，另外，由于是轉(zhuǎn)子繞線(xiàn)式異步電機(jī)，轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其滑環(huán)上的碳刷磨損也相當(dāng)嚴(yán)重，更換周期短，設(shè)備維護(hù)量大。
4﹑啟動(dòng)過(guò)程復(fù)雜，轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻啟動(dòng)方式附帶了很多二次回路，維護(hù)量大，使用效率卻不高，然而卻不可缺少，啟動(dòng)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(jìn)，即通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，以此來(lái)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工藝要求。

 
二﹑調(diào)速方式的選擇
      目前，國(guó)內(nèi)大功率高壓異步電動(dòng)機(jī)主要調(diào)速方式有以下幾種：串級(jí)調(diào)速﹑內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速﹑液力耦合器調(diào)速﹑變頻調(diào)速等。
 
1﹑串級(jí)調(diào)速：優(yōu)點(diǎn)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(wèn)題也很多，它不適宜現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)過(guò)程復(fù)雜，啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)同PLC及DCS等控制系統(tǒng)的配合，諧波污染大，對(duì)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(jí)調(diào)速基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，優(yōu)點(diǎn)是具有串級(jí)調(diào)速的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，體積小，缺點(diǎn)是：需更換專(zhuān)用電機(jī)，滑環(huán)處理不當(dāng)容易出現(xiàn)事故，雖然采用頻敏變阻器啟動(dòng)，可啟動(dòng)電流仍很大，對(duì)電機(jī)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(jī)側(cè)由于可控硅的逆變衍生出大量的高次諧波，對(duì)電機(jī)的絕緣造成老化，容易引起電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，附加發(fā)熱和噪聲污染，電纜需加粗使用，電機(jī)喘振現(xiàn)象無(wú)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(dá)額定傳送功率的15%，因效率與轉(zhuǎn)速成正比，低速時(shí)效率極低，精度低，無(wú)法切換運(yùn)行，維護(hù)復(fù)雜，費(fèi)用大。
4﹑高壓變頻器調(diào)速：由于運(yùn)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣，電機(jī)拖動(dòng)等綜合性領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)，因此具有其它調(diào)速方式無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

 
三﹑科陸CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1﹑高效率、無(wú)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(guò)的電流在變壓器一次側(cè)疊加時(shí)，形成非常逼近正弦波的電流波形。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，50Hz運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流諧波＜2％，電機(jī)側(cè)輸出電壓諧波＜1.5％（即使在40Hz時(shí)，仍然＜2％），成套裝置的效率＞97％，功率因數(shù)＞0.96。完全滿(mǎn)足了IEEE 519－1992對(duì)電壓、電流諧波含量的要求。
      另外，通過(guò)采用自主開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用PWM控制方法，比同類(lèi)的其它方法還可進(jìn)一步降低輸出電壓諧波1～2％
2﹑先進(jìn)的故障單元旁路運(yùn)行（專(zhuān)業(yè)核心技術(shù)）
      為了提高系統(tǒng)的可靠性，整個(gè)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(dāng)某個(gè)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)故障并啟動(dòng)旁路電路，使得該單元不再投入運(yùn)行，同時(shí)程序會(huì)自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算，調(diào)整算法，使得輸出的三相線(xiàn)電壓仍然完全對(duì)稱(chēng)，電機(jī)的運(yùn)行不受任何影響。這種控制方法處于國(guó)際先進(jìn)，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的水平，它將大大提高系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)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(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易矢量控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且具有加、減速自適應(yīng)功能，即可根據(jù)運(yùn)行工況參數(shù)的實(shí)際變化，自動(dòng)調(diào)整加、減速時(shí)間，在不超過(guò)最大允許電流的情況下，快速達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速；同時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別電機(jī)轉(zhuǎn)速，用戶(hù)可以不考慮電機(jī)目前的運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)不需要停止運(yùn)行就可直接實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、加速、減速或停車(chē)操作。
      CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)反饋能量自動(dòng)限制功能。
4﹑高可靠性
      控制電源可實(shí)現(xiàn)外部220V供電和高壓電源輔助供電雙路電源自動(dòng)切換，同時(shí)配置有UPS，即使兩路電源都出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)仍然可以工作足夠長(zhǎng)的時(shí)間，控制整個(gè)系統(tǒng)安全停機(jī)，發(fā)出報(bào)警，并記錄故障時(shí)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(dāng)單元故障數(shù)目超過(guò)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行。
整流變壓器有完善的溫度監(jiān)控功能。
獨(dú)特設(shè)計(jì)的功率柜風(fēng)道，主要發(fā)熱元器件都靠近或處于風(fēng)道中，散熱效果好，保證了系統(tǒng)的過(guò)載能力。
抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)，當(dāng)電網(wǎng)電壓在-15％～+15％范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)可以正常工作；對(duì)于功率單元，在電壓-25％～+20％范圍內(nèi)變化時(shí)，都可正常工作。
5﹑其它特點(diǎn)
故障自診斷能力強(qiáng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中所有主要參數(shù)及接口信號(hào)。
10.4英寸液晶觸摸屏人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單，友好，顯示內(nèi)容豐富。
接口豐富，可與多種自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)接口，滿(mǎn)足各種現(xiàn)場(chǎng)不同需要，特殊接口可以定制。
具有本地和遠(yuǎn)程操作功能，，可以通過(guò)DCS遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能；
維修簡(jiǎn)單，所有單元可以互換，備件少。

 
四﹑改造項(xiàng)目具體實(shí)施方案及過(guò)程

       根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，旁路柜采用一拖一手動(dòng)方案，此結(jié)構(gòu)是手動(dòng)旁路的典型方案，是由3個(gè)高壓隔離刀閘QS1﹑QS2﹑QS3組成，其中QF1為客戶(hù)提供高壓隔離總開(kāi)關(guān)，其工作原理是：工頻運(yùn)行時(shí)， QS2閉合，斷開(kāi)QS1和QS3，變頻運(yùn)行時(shí)， QS1和QS3閉合，QS2斷開(kāi)， QS2和QS3是雙聯(lián)高壓隔離刀閘不會(huì)同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械互鎖。
優(yōu)點(diǎn)：高壓變頻器故障時(shí)，有明顯斷電點(diǎn)，能夠確保人身安全，同時(shí)可以手動(dòng)使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行
缺點(diǎn)：高壓變頻器故障時(shí)，不能自動(dòng)由變頻切換到工頻
      現(xiàn)場(chǎng)原有的電阻啟動(dòng)裝置繼續(xù)保留，當(dāng)高壓變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，直接把變頻器高壓輸入電纜切換到電阻啟動(dòng)裝置上即可，操作簡(jiǎn)單，快捷。

 

五﹑改造效果
1﹑變頻器參數(shù)

變頻器型號(hào)	輸入電壓	額定功率	功率因數(shù)	額定電流
CL2700-10-0700-9QY	10kV	700kVA	0.96	46A

2﹑電機(jī)參數(shù)

額定功率	額定電壓	額定電流	運(yùn)行電流	功率因數(shù)	額定轉(zhuǎn)速
560kW	10kV	40A	32A	0.83	594

3﹑變頻改造前后能耗對(duì)比

運(yùn)行方式	調(diào)節(jié)方式	輸入電壓	輸入電流	運(yùn)行頻率	24小時(shí)抄表能耗	節(jié)電率
工頻運(yùn)行	放風(fēng)閥	10.5kV	28A	50.00Hz	8310kW.h
變頻運(yùn)行	變頻調(diào)速	10.5kV	11A	30.27Hz	4609kW.h	44.53%

4﹑變頻改造前后現(xiàn)場(chǎng)工況對(duì)比

啟動(dòng)方式	啟動(dòng)電流	軸承溫升	調(diào)節(jié)反應(yīng)速度	維修費(fèi)用
串電阻啟動(dòng)	大	高	慢	高
變頻軟啟動(dòng)	小	低	快	低

綜合上述表格，可以看出：
      立窯羅茨風(fēng)機(jī)變頻改造后，取得的間接效果也是十分明顯的，因?yàn)樽冾l調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)常運(yùn)行在30赫茲左右，電機(jī)及風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度降低，電機(jī)及風(fēng)機(jī)的軸溫降低，噪音降低，整體維護(hù)周期大大縮短，操作人員在遠(yuǎn)控箱側(cè)通過(guò)監(jiān)控界面很方便的調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)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(shí)，調(diào)節(jié)精度高。

 

六﹑總  結(jié)
    節(jié)約能源是我國(guó)的基本國(guó)策，國(guó)家制定了“節(jié)能中長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃”，為落實(shí)此規(guī)劃目標(biāo)，國(guó)家發(fā)改委最近啟動(dòng)了十大重點(diǎn)節(jié)能工程，作為耗能大戶(hù)的水泥行業(yè)是國(guó)家宏觀(guān)調(diào)控的重點(diǎn)，也是節(jié)能的重點(diǎn)行業(yè)，通過(guò)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(guó)水泥年產(chǎn)12億噸計(jì)算，如達(dá)到節(jié)能指標(biāo)，則每年可節(jié)約百萬(wàn)噸煤，節(jié)電百億度，并且可使廢氣排放量降低，有利于保護(hù)環(huán)境，同時(shí)也降低了企業(yè)成本。貴州九龍水泥廠(chǎng)立窯高壓羅茨風(fēng)機(jī)的變頻改造，達(dá)到了節(jié)電和改善工藝的效果，取得了圓滿(mǎn)成功。目前在我國(guó)，水泥行業(yè)相對(duì)于其它如冶金、電力等行業(yè)，高壓變頻器改造的進(jìn)度相對(duì)緩慢，如果中國(guó)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(guó)的天將會(huì)更藍(lán)，水會(huì)更清，節(jié)能型的和諧社會(huì)美好前景定會(huì)展現(xiàn)在我們的面前！