一﹑立窯羅茨風(fēng)機高壓變頻改造的必要性
      貴州九龍水泥立窯羅茨風(fēng)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(fēng)閥來調(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(fēng)閥門調(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，往往對現(xiàn)場所需風(fēng)量控制不到位，影響現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝要求。
2﹑出口放風(fēng)閥調(diào)節(jié)不科學(xué)，不經(jīng)濟，浪費資源，采用放風(fēng)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(fēng)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(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(dāng)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(fēng)機轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)節(jié)風(fēng)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(dāng)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(xué)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(dāng)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(dāng)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(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)的過載能力。
抗電網(wǎng)電壓波動能力強，當(dāng)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(dāng)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﹑變頻器參數(shù)

變頻器型號	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﹑電機參數(shù)

額定功率	額定電壓	額定電流	運行電流	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比

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

4﹑變頻改造前后現(xiàn)場工況對比

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

綜合上述表格，可以看出：
      立窯羅茨風(fēng)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(fēng)機旋轉(zhuǎn)速度降低，電機及風(fēng)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(fēng)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！