风光高压变频器在水泥厂风机节能改造中的应用

风光高压变频器在水泥厂风机节能改造中的应用日期：2011年6月9日 09:57摘要：风光高压变频器在水泥厂风机节能改造中的应用The Application of FengGuang High Voltage Inverters in the Cement Plant of Energy-saving Fans山东新风光电子科技发展有限公司 蔡磊 石凯淄博市淄川宝山水泥厂 陶金文Cai Lei Shi Kai Tao Jinwen 摘 要：本文介绍了山东新风光电子科技发展有限公司生产的高压变频器在淄博市淄川宝山水泥厂风机中的应用情况。通过改造，实现了水泥生产线风机的高效运行，达到了节能降耗的目的。关键词：高压变频器 水泥 风机 节能Abstract: This article introduces Shandong WindSun Electronics Science Technology Co.,Ltd. produced high voltage inverters in Zibo Zichuan Paoshan cement plant air blower application situation.Through the transformation,it has realized the cement production line air blower highly effective movement, had achieved the energy conservation falls the goal which consumes.Key words: High voltage inverter Cement Fan Energy-saving 1引言水泥生产企业是国民经济生产中的能源消耗大户，水泥行业已被列为国家节约资源的重点领域之一。在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下，提高水泥行业的节约型制造和应用水平，建立节约型水泥工业体系意义重大。在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下，水泥生产企业必须通过各种途径降低能耗，以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率。在水泥的生产中，电动机负载电耗就占成本近30，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，对于一条水泥生产线其中有25%30%的电能是用于拖动各种类型风机上，因此做好风机电动机的降耗增效工作就显得极为重要。目前很多水泥厂的风机大马拉小车现象严重，同时由于工况、产量的变化，系统所需求的风量也随之变化，大部分风机采用传统做法，即调节进、出风口阀门的开度来实现，而该方法是以增加风阻、牺牲风机的效率来达到要求的，损耗严重。如果利用变频调速技术改变设备的运行速度，以调节风量的大小，可以既满足生产要求，又达到节约电能，同时减少因调节挡板而造成挡板和管道的磨损及经常停机检修所造成的经济损失。随着电力电子技术及电子技术的发展，变频技术日趋成熟，国际上对于风机的风量、风压调节已普遍摒弃靠调整配套的风门开度的手段，改而采用变速的电气传动调节，变频调速已成为风机、泵类节能降耗的最佳、首选的电气传动方案。2高压变频节能原理异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小，效率高，是异步电动机最为合理的调速方法。由公式n60f/p（1-s）可以看出，若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前，变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。高压变频调速具有如下显著的优点：（1）由负载档板或阀门调节导致的大量节流损失，在变频改造后不再有节流损失。（2）网侧功率因数明显提高。（3）可实现零转速启动，避免启动冲击电流，减轻了冲击扭振。（4）高压变频器本身损耗极小，整机效率在97以上。对离心式风机而言，流体力学有以下原理：输出风量Q与转速n成正比；输出压力H与转速n的平方成正比；输出轴功率P与转速n的立方成正比；即：Q1/Q2n1/n2，H1/H2(n1/n2)2，P1/P2(n1/n2)3当风机风量需要改变时，如调节风门的开度，则会使大量电能白白消耗在阀门及管路系统阻力上。如采用变频调速调节风量，可使轴功率随流量的减小大幅度下降。变频调速时，当风机低于额定转速时，理论节电为：E=1-( n/n)3PT (kWh)式中： n是额定转速，n是实际转速，P是额定转速时电机功率，T是工作时间。可见，通过变频对风机进行改造，不但节能，而且大大提高了设备运行性能。以上公式为变频节能提供了充分的理论依据。3风光公司高压变频调速系统技术特点风光牌JD-BP38系列高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。产品2003年被列为国家重点新产品，高压提升机变频调速系统2005年被列为国家火炬计划项目，获科技部中小企业技术创新基金项目资助。2007年，高压变频器被评为中国名牌产品，是国内高压变频器行业为数不多的两个名牌产品之一。具体来说，风光高压变频器除具有一般普通变频器的性能外，还具有以下突出特点： (1)采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，控制更精准。(2)飞车启动功能。能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。(3)完整的工频/变频自动互切技术。现在的高压变频调速系统一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行，旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人工操作，适应于无备用装置或不重要的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。新风光公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频运行的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。(4)旋转中再启动功能。运行过程中高压瞬时掉电3s内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。(5)线电压自动均衡技术（星点漂移技术）。变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。(6)单元直流电压检测：实时显示检测系统的直流电压，从而实现输出电压的优化控制，降低谐波含量，保证输出电压的精度，提升系统控制性能，并可使保证运行维护人员实现对功率单元运行状况的全面把握。(7)单元内电解电容因采取了公司专利技术，可以将其使用寿命提高1倍。(8) 散热结构设计合理，单元串联多重化并联结构，IGBT承受的电压较低，可以有较宽的过压范围(1.15Ue)，设备可靠性更高。(9) 具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生。(10) 限流功能：当变频器输出电流超过设定值，变频器将自动限制电流输出，避免变频器在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流保护，最大限度减少停机次数。(11) 故障自复位功能：当变频器由于负载突变造成单元或是整机过电流保护时，可自动复位，继续运行。4 高压变频器在水泥行业应用中的主要问题与应对措施4.1高温风机的管道“塌料”问题导致电机过流甚至跳停问题 窑尾高温风机是保证熟料生产线物料预分解的重要负载，即使在以往工频运行、采用液力耦合器调速的高温风机，也常见由于管道“塌料”导致高温风机电机过负荷跳闸，导致生产中断。而对于由于变频器装置的电力电子器件的过负荷能力的限制，以上由于塌料造成的高温风机过负荷导致的变频器保护停机现象如无专业技术是不可避免的，将给水泥生产线造成更多的损害。高温风机由于“塌料”导致的过负荷是由于在旋窑水泥生产线生产过程中的预热器管壁上的粉尘粘附到一定厚度时就会坍塌脱落，造成管道内粉尘浓度增大，阻力增加，负压升高，使排风机负荷增加或如果垂直烟道或预热器内在清结皮或有物料塌料时，同样也会造成气流波动，使排风管内气流紊乱，造成高温风机过负荷停机，该现象的频繁出现对高温风机电动机造成损坏。在实际使用过程中的“塌料”现象，会不定期的导致电机运行电流在极短的时间内超出正常电流的数倍，如使用目前国内外一般厂家的通用型高压变频器，可能导致变频器运行过程中频繁跳机，直接影响高温风机与水泥生产线的正常运行。山东新风光电子科技发展有限公司作为目前国内水泥行业高压变频器的专业生产制造商，其研制的高压变频调速系统特别针对高温风机的运行工艺情况进行了大量的研究分析，并研制出相应的专业技术。技术研发人员经过深入应用现场，了解掌握现场工艺情况，总结应用经验，推出了针对水泥生产线窑尾高温风机的专用技术，从设备的硬件设计、控制软件设计等多方面对高温风机的不定期的尖峰负荷运行进行全方位的设计改进，有效地避免了一般高压变频器在运行中由于“塌料”所导致的反复跳机，与工频液耦运行相比也降低了跳机的可能性，为水泥企业保证生产安全性、经济性作出技术与设备保证。风光牌高压变频器目前已在多条旋窑生产线的高温风机得到实际应用，解决了高温风机变频器由于 “塌料”导致的跳闸停运、生产中断的问题，大大降低了由于高温风机停运对生产造成的影响，降低电机设备故障率，取得节能、增效的巨大效益，得到用户普遍认可。4.2电机在旋转情况下启动的问题由于风门挡板在未关严或其他原因，受风机的拖动，电机处于旋转状态，启动在旋转中的电机时，变频器可自动搜索跟踪电动机转速并按照设定加减速时间恢复正常运行状态（即飞车启动问题），保证风机安全运行不跳闸。对旋转中再启动功能的需求，系统提供完备的参数设定功能，保证系统动作有效，保护得当，真正适应现场运行工况要求。4.3多种控制保证措施，保证产品可靠运行水泥行业连续生产的性质决定了用于水泥厂用的高压变频器需要有很高的可靠性，保证安全生产。水泥厂一般地处偏远，供电质量相对不高，对设备的电网适应性问题突出。相对适应进口品牌高压变频器，风光牌高压变频器拓扑结构采用功率单元串联技术方案，产品具有对电网电压的适应范围宽（65115Un），单元故障自动旁路、工频旁路、瞬时停电再启动功能、相间短路等多项完善的保护功能技术，提高了抗电网波动和负载扰动能力，大大提高产品在水泥应用现场的可靠性。5 高压变频改造实例淄博市淄川宝山水泥厂是淄博市优秀民营企业，淄川区经济50强企业。固定资产5亿元，企业拥有世界先进水平的干法旋窑生产线一条。日产水泥熟料6000吨，年产水泥270万吨，生产的“建磊”牌被评为山东名牌，中国建材行业知名品牌。水泥质量稳定，产品深受用户的好评和信赖。经过调查和比较，在2009年宝山公司技改工程中，高温风机、生料循环风机、窑头排风机、窑尾排风机和煤磨排风机采用山东新风光公司的6台高压变频器进行调速。6 高压变频器主回路控制方案在风机改造过程中，高温风机（2500kW/10kV、1套）采用“一拖一”控制加自动旁路柜，窑头排风机（560kW/10kV、1套）、窑尾排风机（1400kW/10kV、1套）、煤磨排风机（710kW/10kV、1套和循环风机（1800kW/10kV、2套）采用“一拖一”控制加手动旁路柜。6.1自动旁路柜图1 自动旁路柜图1旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸，以便在变频器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。旁路柜主要配置：三个高压断路器（KM1、KM2、KM3）和两个刀闸隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行；当KM1、KM2断开，KM3闭合时，电机工频运行。另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作；KM2闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。电机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，切记在KM1、KM2分闸状态下，将隔离刀闸K1和K2断开。合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时，高压断路器KM1、KM2合闸不允许；在KM1、KM2合闸状态下，若变频器出现故障，则“合闸允许”断开，KM1、KM2跳闸，分断变频器高压输入电源。旁路投入：将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下，若变频器出现故障且自动投入允许，或者需要将电机从变频投入到工频状态运行（按下“工频投切”按钮），系统将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2，经过一定延时后，“旁路投入”闭合，即工频旁路开关KM3合闸，电机投入电网工频运行。6.2手动旁路柜图2 手动旁路柜图2旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与K3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当K1、K3闭合，K2断开时，电机变频运行；当K1、K3断开，K2闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁， DL合闸时，绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入；旁路投入状态下，变频器故障分闸无效。保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。7变频改造节能情况为了对比变频改造节能情况，在相同产量下，对工频、变频相应的运行数据进行了统计，现将部分数据分析整理如下。7.1 设备概况7.2水泥生产风机工频运行数据统计表7.3水泥生产风机变频运行数据统计表7.4 直接效益从上述数据可以明确看出改造后各风机相应的节电功率。按月运行30天，年运行10个月，即300天计算，可推算出风机节电量及节电效益。变频时风机日节电量：125479857.43539.41797.311153.6+11577.2=50471.9kWh年节电量： 50471.9kWh300天1514.16万kWh。年节电效益：1514.16万kWh0.35元/kWh529.96万元。7.5间接效益（1）变频改造后，实现电机软启动，启动电流小于额定电流值，启动更平滑。（2）有效地改善了现场运行环境，由于电机以及负载转速下降，大大降低了设备噪声污染，现场操作人员非常欢迎。（3）功率因数提高到0.95以上，减少了线路损耗。（4）减少了维护工作量和维护费用，延长了设备的使用寿命。采用变频技术调速后，设备随生产工艺变负荷运行，大大降低了设备负荷率，延长了风机、电机等设备的使用寿命。（5）变频器具有多项保护功能，十分完善。与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升保护等多项保护功能，更精确地保护了电机。（6）调速范围宽，调速精度高。与过去挡板调节风量相比较，采用变频拖动风机可以在050Hz范围内任意调节，调节精度高，调节频率波动可保持在0.10.01Hz范围内，便于实现风机系统自动化控制。8 结束语由此可见，山东新风光电子科技发展有限公司生产的风光牌JD-BP38系列高压变频器在宝山公司水泥生产线风机上取得了良好的使用效果。在迄今一年多的运行过程中，高压变频器系统运行稳定，维护量小，节能效果显著，为宝山水泥公司的正常生产和节能降耗做出了贡献。参考文献山东新风光电子使用手册Z 山东新风光电子科技发展有限公司。作者简介蔡磊，男，技术支持工程师，供职于山东新风光电子科技发展有限公司。陶金文，男，高级工程师，供职于淄博市淄川宝山水泥厂。5000t/d生产线窑尾高温风机变频改造 日期：2010年7月9日 10:34摘要：5000t/d生产线窑尾高温风机变频改造5000t/d Droduction Line Kiln End High-Temperature Air Blower Inverter Transforms山东新风光电子科技发展有限公司 王磊 张以安 郭培彬淄博鲁中水泥有限公司 王健Wang Lei Zhang Yian Guo Peibin Wang Jian摘 要：本文主要介绍了高压变频器在淄博鲁中水泥有限公司窑尾高温风机上的应用情况，并对节能效果进行了分析。关键词：高压变频器 高温风机 效率Summary: This text mainly introduces the application situation of high voltage inverter at the high-temperature air blower of kiln end of Zibo Middle Areas in Shandong Province Cement Co., Ltd., and analyzes the energy-conserving result.Key words: High voltage inverter High-temperature air blower Efficiency1引言在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下，提高水泥行业的节约型制造和应用水平，建立节约型水泥工业体系意义重大。在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下，水泥生产企业必须通过各种途径降低能耗，以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率。水泥生产企业是国民经济生产中的能源消耗大户，水泥行业已被列为国家节约资源的重点领域之一。 在水泥的生产中，电动机负载电耗就占成本近30，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，对于一条水泥生产线其中有25%30%的电能是用于拖动各种类型风机上，因此做好风机电动机的降耗增效工作就显得极为重要。如果利用变频调速技术改变设备的运行速度，以调节风量的大小，可以既满足生产要求，又达到节约电能，同时减少因调节挡板而造成挡板和管道的磨损及经常停机检修所造成的经济损失。随着电力电子技术及电子技术的发展，变频技术日趋成熟，国际上对于风机的风量、风压调节已普遍摒弃靠调整配套的风门开度的手段，改而采用变速的电气传动调节，变频调速已成为风机、泵类节能降耗的最佳、首选的电气传动方案。高压变频器器成为国家水泥节能设计规范标准要求的设备。我国在2007年10月25日颁布、2008年5月1日起执行的强制性标准GB50443-2007水泥厂节能设计规范中的第4.3.5条规定：“窑尾高温风机应采用变频调速装置”。2 现场工艺情况及调速方式选择淄博鲁中水泥有限公司经过十年的持续健康发展,目前已初步形成集水泥制造、热力发电和氟化盐生产为一体的循环型经济实体，连续三年荣膺“淄博市百强工业企业”，并跨入中国水泥五十强。图1为厂区场景。图1 厂区场景淄博鲁中水泥有限公司新上5000t/d新型干法水泥生产线,旋窑内燃烧产生的余热废气，在窑尾高温风机的作用下，通过预热器对进入窑尾前的生料进行预热均化，降温后的余热废气再通过高温风机抽出进入废气处理（除尘及排出）。均化好的生料预热后在回转窑内煅烧成熟料，回转窑内需要合适的气压及温度，才能使煤粉有一定的悬浮时间进行充分燃烧，生料才能在窑内达到很好的热处理。窑内因物料的堆积变化很大，所以瞬时气压变化频繁。窑尾高温风机一方面用来调整窑内气压，另一方面回转窑内锻烧后的高温熟料出来有废气，废气带灰，通过窑尾高温风机引出由电收尘器将灰尘进行处理，再将废气排掉。由于其工艺上的要求控制窑尾预热器的压力，通过DCS的控制来对高温风机的风量进行调节，高温风机的电机以前一般采用采用液力耦合器、绕线式电机转子串水阻等方式进行调速，水泥厂领导经过慎重考察，比较液力耦合器调速与高压变频调速两种高压电机调速方式，认为：高压变频器调速范围为0-100%,而液力耦合器的调速范围一般为40-95%，即高速段造成的5%的速度损失，液力耦合器最低一般只能到额定速度的40%。高压变频器在整个调速范围内都具有较高的效率（大于96%），而液力耦合器在调速越低时效率越低，本身带来不小的损耗，调速的节能效果大打折扣。高压变频器对电机及负载机械实现真正的软启动，如果工艺需要，电机可以在短时间内多次重复启动，液力耦合器不能解决电机启动问题，电机仍然为直接启动，需要启动装置，启动冲击也大，并且不能频繁启动。高压变频器是高科技产品，可靠性高，基本免维护，万一变频器故障，电机还可以直接挂电网工频运行，不会造成生产损失，而液力耦合器本身包含油路，水路等多套系统，故障率高，液力耦合器一旦故障，负载机械将无法运行，只能停机维修。维修工作量大，造成有效工作时间的缩短。高压变频器不会因为电机速度的高低而增加成本，而低速大容量的电机用液力耦合器调速，成本将大大增加，有些时候甚至无法实现。用变频调速取代液力耦合器初始投资大一些，投资回收期很短，从经济角度考虑是值得的，从节能减排的角度考虑更具有很大的社会效益。由于变频调速性能优于其他调速技术，安装现场条件又比较灵活。随着高压变频器的价格逐步下降，高压变频器的性价比优势越来越突出，而且水泥行业变频改造已非常普遍。经过招标方式，选取山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP38-2500F型（2500KW/10KV）高压变频器对窑尾高温风机进行变频拖动控制，改造取得了成功，本文对风光牌JD-BP38-2500F型高压变频器在5000t/d窑尾高温风机的应用情况进行简要介绍。 3现场窑尾高温风机及电机参数3.1电机参数表1 电机参数型号YPQ800-6额定电压（V）10000额定电流(A)165.9额定功率(KW)2500额定频率（Hz）50功率因数0.9额定转速(rpm)995绝缘等级F生产厂商兰州电机股份有限公司3.2窑尾高温风机参数表2 窑尾高温风机参数负载名称高温风机所带负载类型离心风机型号XB-2A0315t额定功率(KW)2500额定风量（m3/h）920000额定转速(rpm)995生产厂商江苏金通灵风机股份有限公司4山东新风光电子JD-BP38系列突出特点2007年9月，风光牌JD-BP38系列高压变频调速系统荣获“中国名牌”称号，山东新风光是国家高新技术企业，生产的风光牌JD-BP38系列高压变频调速系统以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。产品2003年被列为国家重点新产品，高压提升机变频调速系统2005年被列为国家火炬计划项目，获科技部中小企业技术创新基金项目资助。2007年，高压变频调速系统荣获山东省重大节能成果奖。(1)采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，让控制更精准。(2)飞车启动功能：能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。(3)完整的工频/变频自动互切技术：现在的高压变频调速系统一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行，旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人工操作，时间较长，适应于无备用装置或不重要的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。我公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。(4)旋转中再启动功能：运行过程中高压瞬时掉电三十秒钟内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。(5)线电压自动均衡技术（星点漂移技术）：变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。(6) 具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。我公司的变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生。 5高压变频器在水泥行业应用中的主要问题及应对措施5.1 高温风机的管道“塌料”问题导致电机过流甚至跳停问题窑尾高温风机是保证水泥生产线窑内负压的重要负载，即使在以往工频运行、采用液力耦合器调速的高温风机，也常见由于管道“塌料”导致高温风机电机过负荷跳闸，导致生产中断。而对于由于变频器装置的电力电子器件的过负荷能力的限制，以上由于塌料造成的高温风机过负荷导致的变频器保护停机现象如无专业技术是不可避免的，将给水泥生产线造成更多的损害。 高温风机由于“塌料”导致的过负荷是由于在旋窑水泥生产线生产过程中的预热器管壁上的粉尘粘附到一定厚度时就会坍塌脱落，造成管道内粉尘浓度增大，阻力增加，负压升高，使排风机负荷增加或如果垂直烟道或预热器内在清结皮或有物料塌料时，同样也会造成气流波动，使排风管内气流紊乱，造成高温风机过负荷停机，该现象的频繁出现对高温风机电动机造成损坏。在实际使用过程中的“塌料”现象，会不定期的导致电机运行电流在极短的时间内超出正常电流的数倍，如使用目前国内外一般厂家的通用型高压变频器，可能导致变频器运行过程中频繁跳机，直接影响高温风机与水泥生产线的正常运行。新风光公司生产的水泥行业专用变频器采用无速度矢量控制技术，技术人员针对水泥厂高温风机塌料引起的电机过载保护现象，采用矢量控制原理，在塌料发生时，变频器能够根据测量到电压、电流信号的变化，以及事先测得的电机参数，根据内建的电机模型，计算出电机的磁通位置、磁通幅值、输出转矩和电机转速。而后根据该转速与给定转速的偏差，对输出转矩进行控制，使得即使塌料发生时变频器照样运行不过载，有效地避免了其他厂家的通用高压变频器载运行中由于“塌料”所导致的反复跳机，保证了生产的连续运行。5.2高温风机变频的电源波动与运行可靠性问题 水泥行业连续生产的性质决定了用于水泥厂用的高压变频器需要有很高的可靠性，保证安全生产。国内的许多企业往往装备多条生产线，每条生产线均有主要辅机设备组成，每当大容量辅机设备启动时，电源母线电压都有较大的跌落（超过-15%），会影响到同条母线上的其他设备正常运行，针对这种现象，风光高压变频器在软件上进行了特殊设计，保证了电网电压在-35%-15%波动时变频器维持运行，不停机。5.3变频器应用的环境与散热问题 由于水泥现场粉尘较大，环境相对恶劣，作为电子与电力电子设备，而且由于产生约34的损耗发热需要散热，而一般采用风冷散热，新风光公司生产的水泥行业专用变频调速系统，系统的器件选型设计裕度大，单元布局独特布局，优化散热器与风道设计，提高单元散热效果，以确保系统运行温升低，环境适应能力强，实践证明可以经受住水泥厂恶劣环境的考验。6项目实施改造方案根据用户现场的实际情况，旁路柜采用了一拖一工变频自动转换方案。如下图2所示。旁路柜中，共有2个高压隔离开关和2个真空接触器，为了确保不向变频器输出端反送电，KM3与KM4采用电气互锁。当K1、K3、KM1和KM3闭合，KM4断开时，电机变频运行；当KM1、KM3断开，KM4闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁， DL合闸时，绝对不允许操作变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。用户选配自动旁路柜，并且选择“手动”模式，则具体转换过程如下：Step1: 执行变频调速系统停机操作。Step2: 断开交流进线断路器。Step3: 断开变频调速系统的输入侧刀闸K1 （参阅图2）。Step4: 断开变频调速系统的输出侧刀闸K3。Step5: 合变频调速系统的旁路开关KM4。Step6: 关闭所有的门（控制柜除外）。Step7: 合交流进线断路器。用户选选择“自动”模式，则变频调速系统根据故障情况自动完成到工频旁路运行的转换。具体转换过程如下：JD-BP38系列变频器在变频运行中出现故障后，控制器发出节点信号控制进线真空接触器KM1和变频器输出真空接触器KM3进行分断，然后控制器向PLC发送变频转工频信号，延时一定时间后，旁路开关KM4进行合闸。保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。风光高压变频器调试非常方便，在确认现场接线正确无误后，用变频器人机界面设定基本参数后，即可完成设置。高压变频器一次安装调试成功，09年9月份投入正常使用，通过近半年的运行观察，改造达到了预期目的。7 运行效果高压变频器控制窑尾高温风机,主要有以下优点:(1) 运行稳定,安全可靠。从变频器顺利投运以来,对变频器输入变压器温升、功率单元温升、输出电压、输出电流等各项参数定期巡检，完全正常。变频器运行一直十分稳定，为水泥厂安全可靠生产提供了强有力的保证。对于用户来说,只需定期对变频器除尘,不用停机,保证了水泥生产的连续性。(2)电机及机组运行平稳,各项指标满足工艺要求。在整个运行范围内,电机始终运行平稳,温升正常。风机启动时的噪音和启动电流非常小,无任何异常振动和噪音。(3)变频器的三相输出波形完美,非常接近于标准正弦波。经过现场测试,变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准,说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行,对电机无任何特殊要求。(4)运行工况改善,工人劳动强度降低。随着水泥厂高温风机生产工艺的需要,调节风机的转速,进而调节风机风量,满足生产工艺的需要,工作强度大大降低。独有的飞车启动功能，可以使风机电机在旋转的状态下，自动识别电机转向，跟踪电机转速直接启动，不必使电机停止后再启动，变频启动非常方便。（5）人机界面采用全中文界面，界面显示电压、电流、转速、频率、各种运行状态指示，故障报警指示，操作简便直观，方便国人使用习惯。（6）节能效果明显。为了对窑尾高温风机系统变频改造后的效果进行评价，在系统投入正常运行后对设备实际使用和节电情况进行了测定和数据分析。工、变频生产工况基本相同，随机抽取一个正常工作日，将系统切换工频运行采用风门调节风量，网侧记录运行数据，然后将系统切换变频运行，记录运行数据，具体数据如下表3示：表3 工、变频运行数据对比工频运行变频运行生产量310t/h生产量312t/h风门开度80%风门开度100%平均电网电压10.1KV平均电网电压9.8KV平均运行电流159A平均运行电流96.8A转速995r/min运行频率41.1Hz功率因数0.90功率因数0.99节电率35%采用工频时所消耗功率：P工频=1.732*10.1*159*0.90=2503.3KW采用变频调速时所消耗功率：P变频=1.732*9.8*96.8*0.99=1627.1KW节电率：=（P工频 - P变频）/ P工频 =（2503.3-1627.1）/2503.3=35%。每年按运行300天，每天运行20小时，每度电按0.3元计算，每年可为用户节约电费计算如下：（2503.3-1627.1）*20*300*0.3元=1577160元。8结束语淄博鲁中水泥有限公司通过对窑尾高温风机的变频调速改造，改善了生产工艺，取得了良好的经济效益。在水泥行业应用高压变频器节能降耗，是国家大力提倡节能降耗的技术手段。随着高压变频器技术的进一步成熟，将会有越来越多的水泥厂加入改造之列。参考文献1山东新风光电子使用手册Z. 山东新风光电子科技发展有限公司。作者简介王磊 男 技术支持工程师，供职于山东新风光电子科技发展有限公司高压变频器在5000t/d水泥行业的应用日期：2012年3月30日 13:57摘要：高压变频器在5000t/d水泥行业的应用The Applications of High Voltage Inverters in 5000t/d in Cement Industry山东新风光电子科技发展有限公司 胡令芝山东申丰水泥有限责任公司 石松云 李云峰Hu Lingzhi Shi Songyun Li Yunfeng摘 要：本文介绍了山东新风光电子科技发展有限公司生产的高压变频器在山东申丰水泥有限责任公司风机中的应用情况。结果表明，实现了水泥生产线风机的高效运行，达到了节能降耗的目的。关键词：高压变频器 水泥 风机 节能Abstract: This article introduces Shandong WindSun Electronics Science Technology Co.,Ltd. produced high voltage inverters in Shandong Shen Feng cement company air blower application situation. The results show that it has realized the cement production line air blower highly effective movement, has achieved the energy conservation falls the goal which consumes.Key words: High voltage inverter Cement Fan Energy-saving 1引言申丰水泥集团是山东丰源煤电公司投资25亿兴建的非煤支柱产业，首期建设四条日产5000吨熟料生产线、六座年产100万吨粉磨站。丰富的煤炭、电力等资源优势，紧傍京杭大运河、206国道等便利的交通优势，博士、硕士、高级工程师为骨干的人才优势，规范的企业管理，短短几年时间就已经成长为地方水泥龙头企业。申丰水泥集团二期新建一条日产5000吨新型干法熟料生产线（带余热发电及其配套设施），该项目充分吸取一期工程中的经验，采用了大型辊式立磨、第三代预热器、纯低温余热发电、变频技术、高效除尘器等先进的节能减排技术和装备，是代表中国水泥最高水平的节能减排应用示范线，先进的工艺装备为公司今后优质、高产、低耗提供了有力保障，也为公司可持续发展奠定了坚实基础。2用户现场设备介绍申丰水泥二期5000吨/天生产线为新建生产线，生产线中窑头排风机、窑尾排风机、煤磨排风机、循环风机与高温风机所有的风机电机，均采用山东新风光电子公司生产的JD-BP38系列高压变频器进行控制。现将生产线中各主要风机简要叙述如下：煤磨通风机：煤磨是立磨。煤磨前面是皮带式定料给料机，煤磨运行时把前面给料机下来的煤块磨制成细粉，经过选粉机选料，合格的将被煤磨通风机带到后面的布袋收尘。不合格的将被选粉机重新送回煤磨磨制。布袋收尘器将煤粉留下，气体随通风机排到空气中。煤磨的布袋收尘收集到的煤粉，通过皮带运送到窑头和窑尾。窑尾的煤粉随生料一起加热进入熔炉燃烧，窑头的煤粉经过罗茨风机加压，打到回转窑内燃烧加热。窑头排风机：篦冷机群降温的气体含有部分烧成的熟料，经窑头排风机的牵引进入电收尘。电收尘把有用的熟料留下后，打到熟料库。气体经窑头排风机排到大气中。窑尾排风机：窑尾排风机的前级为布袋收尘器，布袋收尘器的作用是把循环风机送来的含生料的气体进行过滤，留下生料，然后气体经窑尾排风机排入大气中。另外，经高温风机送来的含料气体也进入布袋收尘器，同样经过滤，留下有用料体后排空。高温风机：窑尾和熔炉内的燃烧后的高温气体，经过高温风机的牵引进入五级预热器。生料和煤粉从最上面投料，经过第一级到第五级的预热，第五级时的煤粉和生料温度已经很高，进入熔炉时开始剧烈燃烧。煅烧后的熔体进入回转窑，一氧化碳和其它气体再回到预热器。加热完生料和煤的高温气体，经过高温风机牵引，进入余热发电设备。余热发电后的气体温度仍然比较高，被加湿器加湿降温后，一部分进入原料立磨，另一部分进入布袋收尘器，回收再利用。循环风机：生料磨也是立磨，磨制经过前级破碎的石灰石和其它辅助配料，磨制成合乎要求的生料粉，经过选粉机选粉，合格的生料粉随循环风带走，不合格的生料被重新打回生料磨重新磨制。循环风机把含有合格生料的气体抽走，气体进入4级旋风筒，大量的生料沉入旋风筒下部的料斗，经过皮带运输机输送到生料库。其他的含少量生料的气体绝大部分被循环风机送入布袋收尘器。布袋收尘器回收来的生料也要送到生料器。未进入布袋收尘器的气体被循环风机重新打回生料磨，重新循环。循环风机的作用就是把含料气体带走，生料过滤后，再重新循环回生料磨。水泥生产线由于产量有时大小有变化，需要各风机的风量也要随着产量的不同，随时变化，需要对风机风量进行实时控制，达到控制工艺和节能降耗的目的，因此需要对各风机进行调速控制。变频器作为电动机的调速设备，有着其他调速设备和方法无可比拟的优点。调速范围宽，无级调速，启动冲击小，输入功率因数高，提高了电缆和变压器的带载能力和利用率，同时降低了生产成本。相对于风门和液耦调节方式，设备运行效率更高，也符合国家节能减排政策的要求。各风机设备详细参数如表1至表5所示。3风光JD-BP38系列高压变频器技术特点风光牌JD-BP38系列高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。2007年，高压变频器被评为中国名牌产品。具体来说，风光高压变频器除具有一般普通变频器的性能外，还具有以下突出特点： (1)采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，控制更精准。(2)飞车启动功能。能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。(3)完整的工频/变频自动互切技术。新风光公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频运行的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。(4)旋转中再启动功能。运行过程中高压瞬时掉电3s内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。(5)线电压自动均衡技术（星点漂移技术）。变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。(6) 具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。风光变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生。4风光高压变频器在水泥行业应用中的主要问题与应对措施4.1高温风机的管道“塌料”问题导致电机过流甚至跳停问题 山东新风光电子公司作为目前国内水泥行业高压变频器的专业生产制造商，其研制的高压变频调速系统特别针对高温风机的运行情况进行了研究分析，并提出相应的解决方案。技术研发人员经过深入应用现场，了解掌握高温风机的不定期的尖峰负荷运行情况，总结应用经验，推出了针对水泥生产线窑尾高温风机的专用技术，从硬件设计、控制软件设计等多方面，对高压变频器进行全方位的设计改进，有效地避免了一般高压变频器在运行中由于“塌料”所导致的反复跳机，为水泥企业保证生产安全性、经济性作出了可靠保证。风光牌高压变频器目前已在多条旋窑生产线的高温风机得到实际应用，解决了高温风机变频器由于“塌料”导致的跳闸停运、生产中断的问题，大大降低了由于高温风机停运对生产造成的影响，取得节能、增效的巨大效益，得到用户普遍认可。4.2电机在旋转情况下启动的问题由于风门挡板在未关严或其他原因，受风机的拖动，电机处于旋转状态，启动在旋转中的电机时，风光高压变频器可自动搜索跟踪电动机转速并按照设定加减速时间启动电机（即飞车启动），保证风机安全运行。对旋转中再启动功能的需求，系统提供完备的参数设定功能，保证系统动作有效，保护得当，真正适应现场运行工艺要求。4.3多种控制保证措施，保证产品可靠运行水泥行业连续生产的性质决定了用于水泥厂的高压变频器需要有高可靠性，保证安全生产。水泥厂一般地处偏远，供电质量相对不高，对设备的电网适应性问题突出。相对进口品牌高压变频器，风光高压变频器拓扑结构采用功率单元串联技术，产品对电网电压的适应范围宽（65115Un），单元故障自动旁路、星点漂移技术、工频旁路、瞬时停电再启动功能、相间短路等多项完善的保护功能技术，提高了抗电网波动和负载扰动能力，大大提高产品在水泥应用现场的可靠性。5变频改造控制方案5.1方案介绍申丰集团煤磨通风机、窑头排风机、窑尾排风机、高温风机及循环风机分别采用山东新风光电子公司生产的高压变频器进行一拖一控制。变频调速系统接入水泥厂现有的DCS系统，DCS根据生产的负荷情况，实现对风机风量的实时控制。通过DCS对5台高压变频器运行状态进行集中监控。变频调速系统操作方面，有远程控制和本地控制两种方式，这两种控制方式可提高系统的可靠性。5.2变频控制旁路柜560kW煤磨通风机、710kW窑头排风机、1600kW窑尾排风机、4000kW循环风机旁路柜采用一拖一手动工/变频切换方案。2800kW高温风机旁路柜一拖一自动工/变频切换方案。旁路柜在变频器进、出线端增加了2个隔离刀闸，以便在变频器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。560kW煤磨通风机、710kW窑头排风机、1600kW窑尾排风机旁路柜主要配置：1个真空接触器（KM3）和2个刀闸隔离开关K1、K2。4000kW循环风机旁路柜主要配置：KM3为断路器和2个刀闸隔离开关K1、K2。2800kW高温风机旁路柜主要配置：KM1、KM2为真空接触器，KM3为断路器和2个刀闸隔离开关K1、K2。（1）高温风机自动旁路柜2800kW高温风机自动旁路柜主回路如图1所示。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行；当KM1、KM2断开，KM3闭合时，电机工频运行。另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作；KM2闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。电机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，切记在KM1、KM2分闸状态下，将隔离刀闸K1和K2断开。合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时，真空接触器KM1、KM2合闸不允许；在KM1、KM2合闸状态下，若变频器出现故障，则“合闸允许”断开，KM1、KM2跳闸，分断变频器高压输入电源。旁路投入：将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下，若变频器出现故障且自动投入允许，或者需要将电机从变频投入到工频状态运行（按下“工频投切”按钮），系统将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2，经过一定延时后，“旁路投入”闭合，即工频旁路KM3合闸，电机投入电网工频运行。（2）煤磨通风机、窑头排风机、窑尾排风机、循环风机手动旁路柜煤磨通风机、窑头排风机、窑尾排风机、循环风机系统采用一拖一手动工/变频切换方案，通过切换，可以在变频器故障状态下，切换到工频状态运行，其主回路如图2所示：K1、K2为2个高压隔离刀闸，K1、K2处于变频运行回路上，KM1、KM2为变频上电瞬间实现限流电阻切换时所用，K10为用户工、变频转换改造时加的一个转换开关。为了确保不向变频器输出端反送电，K2与KM3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当变频运行时，K10打到变频位置，K1、K2闭合，KM3断开；变频上电后，通过内部程序KM2会自动吸合将限流电阻引入主回路以消除大电流冲击，上电3S后，KM1吸合，KM2断开变频可以投入运行。当工频运行时，K1、K2断开，KM3闭合，K10打到工频位置，实现原来的串电阻启动方式。这是高压变频器工变频手动切换的典型应用。6变频改造后设备节能情况为了对比变频改造节能情况，对一期工程中4#5000t/d生产线与二期5000t/d生产线在基本相同产量下，工频、变频相应的运行数据进行了统计，现将部分数据分析整理如下。6.1 设备概况二期5000t/d水泥生产线风机及选用高压变频器设备表。6.2一期4#5000t/d水泥生产线风机工频运行数据统计表6.3二期5000t/d水泥生产线风机变频运行数据统计表7结束语目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造成本的竞争。电动机电耗占成本近30，因此做好电动机的降耗增效工作就显得尤为重要。从申丰水泥集团二期5000t/d生产线风机变频改造使用效果看，高压变频器系统运行稳定，维护量小，节能效果显著，为用户的正常生产和节能降耗做出了贡献。高压变频调速器节能技术目前已经比较成熟，是水泥厂节能改造的理想手段，具有很高的推广价值。参考文献山东新风光电子使用手册Z 山东新风光电子科技发展有限公司。作者简介胡令芝，男，技术支持工程师，供职于山东新风光电子科技发展有限公司。石松云，男，高级工程师，供职于枣庄申丰水泥有限责任公司。李云峰，男，高级工程师，供职于枣庄申丰水泥有限责任公司。