【摘  要】 本文結(jié)合水泥廠立窯羅茨風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)工藝，綜述了高壓變頻器的性能特點(diǎn)及系統(tǒng)原理，同時(shí)詳細(xì)說(shuō)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(fēng)機(jī)。

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，水泥廠在建廠初期，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)的專用PWM控制方法，比同類的其它方法還可進(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，使得輸出的三相線電壓仍然完全對(duì)稱，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﹑電動(dòng)機(jī)參數(shù)

2﹑變頻器參數(shù)

3﹑變頻改造前后能耗對(duì)比

4﹑變頻改造前后現(xiàn)場(chǎng)工況對(duì)比

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，作為耗能大戶的水泥行業(yè)是國(guó)家宏觀調(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！