前言

高壓變頻調速系統自2000年投入國內市場后，在電力、冶金、石油、石化、水泥、煤炭等行業陸續投入運行。由于其安裝便捷、操作簡單、運行穩定、安全可靠、維護方便，并在節能、節電、省人、省力、自動控制、遠程監控等方面效果顯著，以及優異的產品性價比和周到的服務，受到用戶的廣泛歡迎。而目前，水泥企業面臨成本高、市場壓力大，因此需要通過各種技術改造來節能降耗。我公司高溫風機原采用液力耦合器調速，存在調速范圍有限，調速精度低，啟動電流大，故障率高等缺陷。對此，某公司進行了高溫風機高壓變頻調速系統技術改造，以下作一介紹。

該公司高溫風機原采用液力耦合器調速，連接方式見圖1。

圖1 高溫風機液力耦合器電機連接方式

液力耦合器調速主要存在以下缺點：

(1)調速范圍有限(為50％～95％)，轉速不穩定，高速段減小了設備的出力能力，低速段影響節能效益的發揮；

(2)調速越低時效率越低，低速時發熱厲害；

(3)調速精度低，線性度差，響應慢，不大適應自動控制要求；

(4)電機雖然可以不帶載啟動，但仍然有5倍左右的沖擊電流，影響電網穩定；

(5)必須串入電機和機械的連接軸中，不適合于設備改造；液力耦合器故障時，沒有工頻旁路系統，負載機械將無法運轉，必須停機檢修；

(6)漏油嚴重，對環境污染大；可靠性差，維修難度大，嚴重浪費人力及影響生產。

(7)產生的熱量需要油泵及冷卻水等輔助運行，故障率較高，特別是在夏季因耦合器產生熱量較大，需要加入冷油器，用循環水強降溫，水消耗量大，資源浪費嚴重。

而高壓變頻調速由于應用了先進的電力電子技術、計算機控制技術、現代通信技術和高壓電氣、電機拖動等綜合性領域的學科技術，因此具有其他調速方式無法比擬的優點：

(1)變頻器采用液晶顯示數字界面，調整觸摸式面板，可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機轉速，非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態。

(2)精確的頻率分辨率和高的調速精度，完全可以滿足各種生產工藝工況的需要。

(3)高壓變頻器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器(PLC)和工控機等各種儀表連接，并可以與原設備控制回路相連接，構成部分閉環系統，如與原DCS系統實現數據交換和聯鎖控制。

(4)具有電力電子保護和工業電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時安全可靠。

(5)電機可實現軟啟動、軟制動；啟動電流小，小于電機的額定電流；電機啟動的時間連續可調，減少了對電網的影響。

(6)具有就地和異地操作功能，另可通過互聯網實現遠程監控功能。

(7)減少配件損耗，延長設備使用壽命，提高勞動生產效率。

該公司于2013年計劃對42線2500t/d水泥生產系統中的高溫風機、窯尾排風機進行變頻器節能改造，經慎重選擇，最終使用HARSVERT-VA10/130型高壓變頻調速系統。

2.1 高壓變頻器安裝要求

HARSVERT-VA10/130高壓變頻器，主要由變壓器柜、功率柜、控制柜、旁路柜組成。為了安裝變頻器，我們在生料配電室旁另建一變頻器專用房，此處距高壓室較近，動力電纜敷設方便。

高壓變頻器屬于大型電子設備，在運行過程中本身的能量消耗較大，變頻器消耗的能量全部轉換為熱量。采取風道開放式冷卻，另外，由于現場灰塵較大，而變頻器為強迫風冷，設備內空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，變頻室的墻壁上另外開兩個口，安裝上濾網，作為進風孔。

2.2 風機電機傳動部位改造

現場進行變頻改造，代替了液耦調速方式，并且由于液力耦合器自身的種種弊端，考慮到長期運行的穩定性，因此需拆除液力耦合器，將電機移位與負載采用直接連接，見圖2。

圖2 高溫風機電機連接方式

2.3 風機啟動方式改造

變頻器設備接入風機側高壓開關和擬改造電機之間，電機、高壓斷路器仍采用原有設備，將原先的中控驅動高壓斷路器合閘串水阻啟動方式改變為變頻控制啟動，變頻器控制接入原有的DCS系統。高溫風機系統主回路見圖3，其中QF、M均為現場原有設備。

圖3 高溫風機系統主回路

此方案是手動旁路的典型方案。原理是由3個高壓隔離開關QS41、QS42和QS43和高壓開關QF、電動機M組成。要求QS42和QS43之間存在機械互鎖邏輯，不能同時閉合。變頻運行時，QS43斷開，QS41和QS42閉合；工頻運行時，QS41和QS42斷開，QS43閉合。

將高壓變頻器串聯進現有高壓開關柜與高壓電機之間，將繞線式電機轉子三根引出線短接，即將繞線式異步電機改造成鼠籠式電機。正常工作時采用變頻回路；工頻運行時，采用原有的啟動方式，再將短接的轉子三根引出線復原，之后就可工頻啟動。

安裝高壓變頻器，原繞線電機對滑環進行短接，廢除原水阻啟動器，每年對碳刷及水阻啟動器和電機的維護減少，綜合成本大幅度下降，且高壓變頻器啟動時間任意可調，實現平滑啟動，對設備運行起到良好的保護。

設備額定參數見表1，高溫風機運行參數見表2，工頻與變頻用電量及單耗對比見表3。

通過上表對7個月的實際運行數據進行分析可知，高溫風機改造前月平均用電量為1071734.3kWh，月平均單耗為15.5kWh/t，經變頻改造后月平均用電量為968400kWh，月平均單耗單耗為13.2kWh/t，由公式可計算出月節電量為103334.3kWh，節電率為9.64％。

該公司2500t/d水泥生產線高溫風機變頻節能改造項目，高溫風機月節電量103334.3kWh，月節電費45467.1元(0.44元，kWh)，節電率為9.64％；平均節電20％以上，取得了顯著的經濟效益。

變頻改造后的優點：

(1)實現電機軟啟動，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑。

(2)系統效率得到提高，消除了風門擋板的損失，取得節能效果。

(3)由于風機采用轉速調節后，工作特性改變，設備工況得到改善，延長設備使用壽命。

(4)利德華福變頻器為電壓源型結構，功率因數可高達0.95。

(5)廠房設備噪聲污染大大降低。

HARSVERT系列高壓變頻器可靠性高，輸入、輸出波形質量好，采用矢量控制技術，適合于水泥廠風機的變頻改造，成功解決了水泥生產中的塌料引起的負載波動問題，大大提高設備運行的可靠性，節約大量能源，為水泥廠帶來較大的經濟效益和社會效益，具有很高的推廣價值。

作者：蔣國平

來源：《甘谷祁連山水泥有限公司》

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