高压变频器在水泥行业的描述及主要应用

高压变频器在水泥行业的描述及主要应用案例描述水泥是国民经济的基础原材料。经过多年的发展，我国水泥工业发展取得了很大成绩，产量已多年位居世界第一，保障了国民经济发展的需要。为加快推进水泥工业结构调整和产业升级，引导水泥工业持续、稳定、健康地发展，实现水泥工业现代化，大力推广“新型干法”水泥生产线、纯低温余热发电技术及风机变频改造技术，使我国水泥生产技术经济指标和环保达到同期国际先进水平。在水泥熟料生产过程中，电费支出约占熟料生产成本的25。在水泥厂的工艺配置中，生料和熟料段风机功率约占设备功率的3040左右。所以风机的电耗直接影响到水泥企业的生产成本。对于新型干法水泥生产线，主要风机设备包括原料磨循环风机、煤磨排风机、窑头排风机、窑尾高温风机、排风机、水泥磨排风机等高压大功率风机等，基本采用风门或液耦、水阻等调节方式，有一很大部分能量白白浪费，对其进行变频改造是降低生产单位损耗有效方式。智光电气研制生产的ZINVERT系列智能高压变频调速系统为直接高压输出电压源型变频器，它通过采用多级H桥功率单元箱级联的方式实现了高压的完美波形输出，直接输出3KV、6KV、10KV电压，无需升压即可直接拖动普通异步电动机，无需加装任何滤波器，谐波指标严格符合IEC及国标对电网谐波最为严酷的要求。其主要应对象为风机、泵类等通过调速控制大量节能的负载场合，水泥行业具体应用如下水泥制造窑炉引风机、生料研磨引风机、压力送风机、主吸尘风机、冷却器吸尘风机、冷却器排风机、预热塔风机、分选器风机、窑炉供气风机等。截止目前，智光电气在国内水泥工业高压变频器供应商中名列前茅，产品在包括多条5000T/D水泥生产线的高温风机、原料磨风机在内的各种风机上得到应用，取得了大量的运行与节能效果分析的实践经验。高压变频器在水泥厂主要可以应用在以下负载设备1、原料磨循环风机2、煤磨排风机循环风机3、窑头排风机4、窑尾高温风机5、窑尾排风机6、水泥磨排风机（循环风机）案例一、铜陵上峰水泥窑尾废气处理（尾排）风机变频改造1、前言目前，水泥行业的竞争非常激烈，但其核心问题还是生产成本的竞争，而全厂的电机电耗就占成本近60，而拖动各类风机的高压电机又在电机中占有相当大的比重，因此做好高压电机的降耗增效工作就显得极为重要。高压变频调速及时目前已经比较成熟，故障率较小，可靠性高，是水泥厂节能改造的理想首选设备，具有很高的应用价值，有较高的经济效益，在节能减排的大环境下更加显得重要。2、项目概况安徽铜陵生产基地铜陵上峰水泥股份有限公司成立于2003年10月，由浙江上峰水泥集团有限公司、上峰集团有限公司、铜陵有色金属集团控股有限公司、浙江富润股份有限公司、浙江黑猫神蚊香集团有限公司五家单位共同发起设立。铜陵上峰水泥拥有三条日产5000吨水泥熟料生产线，分别于2005年7月18日、2006年10月28日、2009年8月29日点火投产，配套的三套9000KW低温余热发电项目也分别于2008年12月、2010年4月并网投运，项目每年可发电18亿度。2008年铜陵上峰水泥与智光电气携手合作，对其1线、2线5000T/D新型干法生产线的高温风机、窑尾排风机、窑头排风机、煤磨风机进行变频调速技术改造，其中高温风机为液耦调速方式，窑尾排风机、窑头排风机、煤磨风机为风门调速方式。几台高压变频自2009年投运以来，设备运行稳定，取得较好的经济效益。下文主要以1尾排风机的变频改造应用做相关介绍。3、变频改造方案介绍31窑尾排风机及电机参数负载名称窑尾排风机额定功率4100KW额定电压10KV额定电流2777A额定转速994R/M额定功率因数0884工频运行电流1644A出口风门3832尾排风机原有工况分析该窑尾排风机在作为废气处理风机的同时，也承担着原料磨烘干生料的任务。当原料磨运行时，窑尾排风机负荷最大，基本为满负荷，风门基本全开；当原料磨停止运行时，窑尾排风机所需风量减小，此时需要调节出口风门来调节风量。尾排风机原有的运行方式为电机全速运行，依靠调整风门档板的开度来调节风量的大小，由于水泥厂总降自身的电网容量有限，电机不允许全压直接启动，因此选用转子绕线式异步电动机，启动时转子串水电阻启动，启动结束后再自动短接转子滑环，电机全速运行，这样的运行方式存在如下弊端1）风门调节反应滞后，调节速度慢，调节精度不高，对现场的风量控制不是很到位，甚至会出现满足不了现场生产的情况。2）风门调节浪费电能，不科学，不经济。采用风门调节虽然结构简单，投资较小，但是采用风门调节，人为改变了风道的阻力曲线，大量的能源白白浪费在了风门上，在能源日益紧缺的今天，显然已经严重落伍，改造势在必行。3）电机全速运行受到考验，维护周期短，电机轴承等机械部分磨损严重，同时转子滑环上的碳刷磨损相当严重，更换周期短。4）启动过程复杂，水电阻装置维护工作量大。综上所述，窑尾废气处理风机改造势在必行，通过改变电机转速来调节风机转速，从而达到调节风量的目的，以此来满足现场工艺的要求。33变频系统设计方案窑尾排风机采用一拖一手动旁路系统，一次主接线图如下10KV电源经变频装置刀闸K1到高压变频装置，变频装置输出经刀闸K2送至电动机。一旦变频装置出现故障，即可马上断开输入侧10KV开关及刀闸K1，将变频装置隔离，切换刀闸K2至工频侧。刀闸K1、K2之间具有闭锁和防止误操作功能。34变频散热设计方案水泥厂现场的灰尘非常大，而变频系统是由大量电力功率元件及精密控制元件组成，因此运行环境的温度与粉尘成为水泥厂变频系统稳定和可靠运行的重要影响因素。为了保证现场设备的安全稳定运行，一般高压变频厂家均要求用户方对高压变频采用空调等密闭室内循环散热的方式。考虑现场实际情况，如果完全采用空调散热，空调的容量将会非常大。为减小制冷量此次对窑尾排风机散热采用变压器柜和功率控制柜独立方式散热，中间用彩钢板隔开将整套变频系统分成两个小房间对变压器柜，因对防尘的要求较低，采用外循环风道换热方式冷却；而对功率控制柜，因对防尘要求较高，内循环空调制冷，避免与外界污秽空气的交换，提高设备安全稳定性。此方案大大减小了散热所需空调，减少了设备投资，同时也保证了设备运行环境。4、工程实施及改造效果分析此项目为大包工程，前期的现场勘查、土建施工、设备到货后的就位、安装调试以及散热设备的采购安装均由智光电气负责。合同签订后，2008年10月智光电气派出技术人员到现场进行几台变频的勘查，并提供设计方案，指导施工队完成现场变频室及桥架、电缆沟的土建施工工作，窑尾排风机于2008年11月到货，并完成现场安装，于2009年1月投入运行。变频投运运行以来，设备运行稳定，取得了显著的节能效果。改造前，风机风门开度经常需要调整到38左右，电机全速运行，改造后，电机通过变频调速运行当开启生料磨时，运行频率稳定在49HZ；当生料均化库满仓停生料磨时，运行频率稳定运行在20HZ左右，一般每天生料磨停机时间为4小时。工况1工况2调节方式输入电流开度/频率输入电流开度/频率电机平均功率改造前风门调节2071A482071A383171KW改造后变频调速1934A49HZ219A2023HZ27118KW根据以上实际数据，改造后窑尾废气处理风机的节电率为（317127118）/31711448该设备每年检修一次，检修时间为30天，其余时间均运行，按一年运行300天，实际电费05元/度计算，则每年节省电费为（317127118）30024051653万元。5、结语变频调速技术现已被广泛应用于各行各业，智光电气自2005年起开始将高压变频器推向水泥行业，至今已成功应用于水泥生产线上包括窑尾排风机、高温风机、窑头排风机、煤粉通风机等各大风机上，取得了很多成功的改造经验，创造了显著的经济效益和社会效益。案例二、南方水泥高温风机高压变频改造应用介绍1、引言水泥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，水泥行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，对一条水泥生产线，其中有2530的电能是用于拖动各种类型风机上，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。目前变频调速技术已得到广大水泥行业用户的认可，被广泛应用于水泥行业中。智光电气的ZINVERT系列高压变频器从2005年起开始应用于水泥行业的电机节能改造，至今已成功用于上百条水泥生产线的窑尾高温风机、窑头风机、尾排风机、生料磨循环风机、水泥磨风机等风机的节能改造，创造了显著的节电经济效益，取得了许多成功的改造经验。2、南方水泥及应用情况介绍南方水泥有限公司（简称南方水泥）是央企背景的超大型水泥企业，是中国建材股份有限公司水泥业务板块的核心企业之一，2007年9月5日在上海注册成立，运营总部设在浙江杭州。目前该公司生产基地和市场区域覆盖浙江、上海、江西、湖南、江苏、广西五省一市。作为我国东南经济区规模最大的大型水泥企业集团，近年来以追求资源利用的最大化和污染排放的最小化为目标，努力探索发展循环经历的路子。智光电气与南方水泥的合作源于2006年，早在南方水泥成立之初，智光ZINVERT变频就已成功应用于南方水泥下属的近二十条新型干法生产线上。设备运行稳定、节能效果显著，得到南方水泥各领导的关注和认可，并不断在其他下属的生产线上和新建生产线上选用ZINVERT变频。下文主要以ZINVERT系列高压变频器在湖州南方水泥5000T/D高温风机的应用技术与应用情况进行简要介绍。3、改造方案介绍31高温风机工况及配套电机参数电机型号YRKK8006额定功率2500KW额定电压10KV额定功率因数0877额定电流170A额定转速993R/MIN接线法Y/Y运行电流155A运行功率因数0963无功补偿进相机液耦转速890R/MIN风门开度100生产量350T/H工频运行功率2600KW在实际运行中，水泥厂各风机一般采用了挡板和液偶两种调节方式，对高温风机，原来一般采用液偶进行调速。采用挡板调节，大部分的能量都被消耗在挡板上了，且挡板的开度越小则耗能就更多；采用液偶调速方式，虽然简单廉价，而且也能在一定程度上节约部分能源，但是由于液偶调速器在原理上的缺陷导致其在转速低下的时候，效率也相当低下。因此有必要进行变频改造。32窑尾高温风机变频改造面临问题及应对措施321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。广州智光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ZINVERT系列高压变频调速系统从2005年投入水泥生产线的变频改造，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针对性地研制出针对性的专业技术。技术研发技术人员经过深入应用现场，了解掌握现场工艺情况，总结现场应用经验，推出了针对水泥生产线窑尾高温风机的专用变频器技术，采用自主研发的“瞬态尖峰负荷差分控制技术”，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针对性的设计改进。具有这种技术的ZINVERT系列高压变频器成为“高温风机的专用变频器”，有效地避免了其他厂家的通用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，从而使安装了广州智光高温风机专用变频器的水泥生产线达到节能又增效，降低电机、风机设备故障率，为水泥企业保证生产安全性、经济性作出技术与设备保证。ZINVERT系列高压变频器目前已在几十条5000T/D旋窑生产线的高温风机得到实际应用，基本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。322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。ZINVERT系列智能高压变频调速系统采用主流的功率单元串联技术方案，而不是功率器件直接串联，避免了器件直接串联带来的均压问题，本质上保证了系统的可靠性。同时，产品具有的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、包括相间短路保护功能的完善的保护功能等技术在提高起动力矩和转速精度的同时，提高了抗电网波动和负载扰动能力，大大提高了可靠性，ZINVERT系列智能高压变频调速系统在几十条生产线的运行证明国产高压变频调速技术的成熟。323变频器应用的谐波与干扰影响的问题这一方面是变频器输入谐波对电网的影响，如果变频器输入电流谐波较大比如传统的电流源型变频器，会产生如下危害供电系统的继电保护装置误动作，可能导致大面积停电。测量仪器仪表误差增大，影响计量精度和控制性能。影响其它电力电子装置，电子计算机系统及通信设备的正常工作。谐波使电机，变压器和电容器等用电设备损耗增大，严重时会过热或烧损。ZINVERT系列高压变频器采用的输入多重化移相整流技术、单元级联多电平的输出技术，输入、输出电流谐波失真极小，满足IEEE满足IEEE5191992和GB/T1454993标准的要求，不会对电网、电机产生超标的谐波污染。大、中型水泥厂自动化水平高，大多数采用自动化仪表和计算机控制系统，对用电系统的谐波要求很高，ZINVERT系列智能高压变频调速系统在方面有很大的优势。谐波影响问题的另一方面是外部谐波对高压变频器的影响，由于旋窑的旋转采用直流电机，因此可能产生较大的谐波，必须采取相应的治理措施，以保证高压变频器的输入电压稳态总谐波含量THD不超过10，其中任何奇次谐波均不超过5,任何偶次谐波均不超过2,短时持续时间小于30S出现的任意一次谐波含量不超过10。否则对母线其他设备、高压变频器等均可能造成运行中的影响与损害。还有为避免干扰，变频器的控制线须采用屏蔽电缆，单端接地，并且在布线时注意与动力线的距离，避免控制线与动力线并行敷设在同一电缆托架或线框内；变频器负载输出线需采取屏蔽铠装电缆，单端接地，以避免变频器对附近仪表产生干扰。324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，因此水泥生产线风机的高压变频器一般应安装在配电室内，或专门建造房屋。并加强防尘设计和日常维护，定期进行滤网清洁。ZINVERT系列高压变频器采用国内独一无二的单元与柜体结构专利设计，器件布局结构合理，散热器与风道设计提高散热效率，柜体采用前后进风方式提高风速、减小体积，环境适应能力大大提高，经受了南方夏季炎热的天气、春季的潮湿空气的影响，特别经受了水泥厂恶劣环境的考验。33变频改造方案此次对湖州南方水泥10KV、2500KW高温风机改造选用型号ZINVERTA9H3125/10Y一拖一手动旁路高压变频调速系统，选择散热方式为风道循环冷却。变频安装后，对进相机进行拆除，同时为减少液偶的维护和提高节电率，对原有的液偶进行拆除，将电机进行水平移位与风机直接对接，风机的转速控制由原来的液偶机械调节改为频率调节。ZINVERT型智能高压变频调速系统主控制部分以新型电机控制专用双DSP（数字信号处理器）为控制核心，辅以大规模可编程逻辑器件，实现SPWM波形控制及各种信号的检测、分析判断和处理。控制器和功率单元箱之间通过光纤进行信号传输，可有效避免电磁干扰，增强系统的可靠性。同时控制系统具有丰富的模拟、数字接口，可用于与用户中控DCS连接和扩展，以满足现场各种运行与控制的需要。用户在后台可以监控变频各种状态并对其进行远程控制和频率设定调节。图运行中的ZINVERTA9H3125/10Y变频器4、项目改造收益湖州南方水泥在进行变频改造的同时，也在进行低温余热发电的建设，在变频投运后，余热锅炉也开始投入。根据数据记录，变频改造前，高温风机电机运行功率为2600KW，变频装置和余热锅炉投入后，高温风机电机运行在43HZ，运行功率约为2350KW。变频投入运行后，减小的输入功率为250KW。按平均每天运行24小时，电价05元/度，一年运行330天计算，每年可以节约电费约为（万元）。下表为湖州南方水泥5000T/D生产线窑尾高温风机变频调速改造前后的运行与节能情况。湖州南方水泥5000T/D高温风机电机及变频改造前后运行参数列表电机参数工频液耦运行变频运行（相同产量）电机型号YRKK8006生产量340T/H节电率96额定电压10KV风门开度100风门开度100额定电流170A运行电流155A（带进相机）运行电流143A（无进相机）额定功率2500KW液耦转速890R/MIN运行频率431功率因数0877功率因数0963功率因数0992额定转速993R/MIN输入功率2600KW输入功率2350高温风机采用变频调速的其他效果采用变频调速控制后，其他方面的效益也是明显的，如1改善了工艺，调速精度得到保证，提高了产品质量的稳定并可提高产量。投入变频器后可以平滑稳定地调整风量风压，提高了效率；变频改造前产量约为340T/H，改造后可达350360T/H，甚至曾高达380T/H。由于ZINVERT高压变频器的特殊技术，减少甚至避免了由于塌料产生的停机，使生产线设备利用率得到保证，保证了顺产，进一步提高了产量。2设备运行与维护费用下降采用变频调节后，避免了原来采用液力耦合器调节的需经常进行油路、漏油的维护（平均每年节约维护费用十几万元），若打坏齿轮一次维护费用要几十万元，并导致停产的损失；高压变频器一年多的运行实践证明，其可靠性得到证明，避免由于液力耦合器维修导致生产线停产的发生。3延长电机等设备的使用寿命。采用变频调速后，可以实现软起动和软制动，几乎不产生冲击，避免液力耦合器启动时的47倍的冲击电流，可大大延长电机定子、转子轴及轴承等电气与机械寿命。（4）ZINVERT型高压变频器的输入电流谐波含量大大小于国家标准要求的4，功率因数保证在095以上，与采用液力耦合器相比，输入功率大大提高，再无需投资功率补偿设备，并可降低设备的进相机等设备与维护费用。5、结语目前ZINVERT系列高压变频调速系统特别适于窑尾高温风机的变频应用，实际上在国内上百条新型干法水泥生产线的生料磨循环风机、煤磨循环风机、窑头排风机、窑尾高温风机、窑尾排风机、水泥磨循环风机广泛应用表明，设备运行性能稳定、节能显著，在水泥行业中推广的潜力巨大。案例三、蒙西水泥5000T/D高温风机高压变频改造1、项目概况内蒙古蒙西水泥股份有限公司（原内蒙古蒙西水泥有限公司）是蒙西集团引进国际战略投资者高盛战略控股有限公司后，组建的一家中外合资水泥生产企业。内蒙古蒙西水泥股份有限公司坐落在鄂尔多斯高原西部的蒙西高新技术工业园区，是国家新材料成果转化及产业化示范基地，也是国家“863”计划示范基地。蒙西水泥股份有限公司5000T/D水泥生产线采用10KV电压3150KW电机拖动高温风机（风机轴功率2735KW），原采用液力耦合器进行调速，在调节过程中产生的转差功率损耗、容积损耗、机械损耗高达10以上，所产生的热量需要油泵及冷却水等辅助运行，故障率较高，特别是在夏季因耦合器产生热量较大，需要加入四组冷油器，用循环水强降温，水消耗量大，资源浪费严重。运行中经常因漏油故障进行维护，导致高温风机停运，每年需要数十万元对液力耦合器相关系统进行维护。正常生产时，液力耦合器开度在7080之间，电机平均运行电流为150A。2008年1月，蒙西水泥股份有限公司就5000T/D水泥生产线高温风机变频改造进行公开招标，最后经过综合比较，用户选用了ZINVERT系列高温风机专用变频器。与国内其他供应商普通高压变频器相比，ZINVERT系列高温风机专用变频器在应对高温风机“塌料”产生瞬间过流、以及应对水泥厂相对恶劣的运行环境有着独特的优势。2、改造方案介绍原系统进行变频改造后，风压控制将由原来的液力耦合器调节改为变频器调节取消原液力耦合器，将电机与液力耦合器之间用一连接轴取代液力耦合器连通，由变频器对电机本身进行调速，最后达到调整窑尾预热器（高温风机人口）的压力为工况要求值。改造后变频装置与电动机的连接方式见下图10KV电源经变频装置刀闸K1到高压变频装置，变频装置输出经刀闸K2送至电动机。一旦变频装置出现故障，即可马上断开输入侧10KV开关及刀闸K1，将变频装置隔离，切换刀闸K2至工频侧。刀闸K1、K2之间具有闭锁和防止误操作功能。3、工程实施方案31土建及散热实施方案为了安装变频器，必须重新设计变频器专用房。根据现场环境，我们选择在高压配电室旁另建一变频器专用房，此地方距高压室较近，动力电缆敷设方便。由于现场灰尘较大，而变频器为强迫风冷，设备内空气流通量较大，为保障变频器尽量少受外界灰尘的影响，在房间通风设计上，设计了两扇大面积专用进风窗，房间不另设其它通风窗口，基本上是密闭设计。通风窗采用专用过滤棉滤网，这样使进入变频器室内的空气经过通风窗滤灰，进入变频器室内的灰尘大大减小。由于本变频器运行过程中产生约34损耗发热需要散热，为保证足够的通风冷却效果，在变压器柜顶和功率柜顶分别独立安装了一整体风罩，与各自的出风口连成整体，形成所谓的“风道”，保证变频器整体冷却通风要求，即使在夏季高温季节也不需要加装空调进行降温。32设备安装调试方案设备安装调试基本分为以下三个部分321变频系统内部单独调试包括一次电缆输入输出接线核实、旁路柜刀闸之间闭锁功能核实、功率柜及变压器柜之间电磁锁闭锁功能检测、温控仪显示是否正常、各功率单元直流电压及状态指示是否正常、输入输出电压显示是否正常、输入输出电流显示是否正常、急停重启功能检测、复位重启功能检测。322变频与DCS、及高压开关柜之间控制闭锁联调变频与高压开关柜之间重点需要核实两路信号高压合闸允许信号、跳闸信号，前者是为了保证运行维护人员的人生安全，后者是为了保证设备安全及生产安全。变频与DCS之间信号总体分为四类DI、DO、AI、AO，这几种信号/指令比较常规，重点说明的3个信号是重故障信号针对高温风机的“瞬态尖峰负荷差分控制技术”，在检测到重故障后不直接给高压开关柜发跳闸指令；待机信号用户用作备妥信号，是变频运行的必要条件，需要说明的是在变频运行后，待机信号会消失，不能在检查不到备妥后就发跳闸指令运行信号运行信号不参与连锁。323变频与生产工艺配合采用液力耦合器调节时，用户一直是先起窑头排风机，再起窑尾高温风机。变频改造后，发现采用以往启动方式启动窑头排风机后，高温风机会因“拉风”反转，导致变频启动时力矩太大，报“输出过负荷”跳停，出现启动失败。和用户进行详细沟通后，确定新的启动方案关闭高温风机入口阀门，先起高温风机，让其在10HZ至15HZ之间低速运行，然后再起窑头排风机，这样就顺利解决了变频改造后的启动问题。4、改造效益分析变频改造前，高温风机电机运行功率为2200KW，变频装置投入后，高温风机电机运行44HZ，运行功率约为1900KW。变频投入运行后，减小输入功率为300KW。按平均每天运行24小时，电价05元/度，一年运行300天保守计算，每年可以节约电费约为V3002430005108（万元）。变频改造后，在产生明显节能效果的同时，其他方面的效益也是明显的41投入变频器后可以平稳地调整风量风压，提高了控制效率。避免了由于“塌料”产生的停机，使生产线设备利用率得到保证，保证了生产，进一步提高了效率。42设备运行与维护费用下降采用变频调节后，避免了原来采用液力耦合器调节需经常进行油路、漏油维护、液力耦合器本体维护；高压变频器两年多运行实践证明，其可靠性得到证明，避免液力耦合器维修导致生产线停产发生。43延长电机等设备使用寿命。采用变频调速后，可以实现软起动和软制动，几乎不产生冲击电流，可大大延长电机及风机等电气与机械寿命。5、日常运行维护注意事项正确的使用维护和保养是保证设备长期稳定运行的必要条件,用户的维护保养需要有计划地进行日常预防性维护保养。所以我们要求用户1）定期检查周围环境的温度、湿度、震动等情况，有无灰尘、气体、凝露。2）定期检查面板的LED和LCD显示是否正常。3）定期检查系统有无异常的振动或噪声和气味。4）定期检查LCD显示有无报警信息、最近有无事件记录需处理。5）定期检查柜门上进风口上的防尘网,如有明显灰尘应取下清洁，拆卸时应注意工具不得深入柜门内部，以防触电。防尘网清洁完毕晾干后应及时装上。6）变频功率单元的散热是通过散热器散热片流通空气完成的，如散热器入口有明显灰尘应对单元进行吸尘清洁，但应注意系统运行时散热器上有危险的高压，绝对不允许带电清洁。7）定期检查冷却系统的运行将一张标准的A4打印纸放在各电气柜入气窗处纸张应吸附在入气窗上。6、结语自该设备从2008年4月份投运至今，在用户有效及时的维护下，能够稳定运行，产生经济效益的同时，也为落实国家节能减排政策做出了表率，真正实现了企业利益与社会效益的“双赢”局面。案例四、高压变频器在生料磨循环风机上的应用摘要河南省同力鹤壁水泥有限公司成立于1995年，现有2条日产2500吨水泥熟料新型干法生产线，年产水泥200万吨。2006年12月，公司对二期生料磨循环风机进行高压变频改造，取得了良好的经济效益与社会效益。关键词生料磨循环风机、高压变频器节能河南省同力鹤壁水泥有限公司成立于1995年，现有2条日产2500吨水泥熟料新型干法生产线，年产水泥200万吨。公司注意挖掘自身潜力，强化节能意识，并付诸于实施，于2006年12月就对二期生料磨循环风机进行高压变频改造，取得了良好的经济效益与社会效益。一、生料磨循环风机改高压变频器拖动的必要性我公司二期生料磨循环风机为沈阳电机股份有限公司生产的转子绕线异步电机（YRKK6306，10KV，1000KW拖动，原有的运行方式为电机全速运行，启动方式是转子串水电阻启动，启动结束后自动短接转子滑环，电机全速运行，这样的运行方式存在如下弊端1风机调节反应滞后，调节速度慢，调节精度不高。依靠风门调节执行器来调节风门开度，受机械部分限制调节速度有限，调节精度亦受影响，往往对现场的风量控制不是很到位。并且，随使用年限增加，挡板开度指示出现偏差，造成调节的误差增加。2风门调节浪费电能，不科学，不经济。电机额定电流为70A，而电机实际运行电流平均为60A左右，阀门开启仅为70左右，采用风门调节，人为改变了风道的阻力曲线，大量的能源白白浪费在风门上。3电机全速运行受到考验，电机和风机维护周期短。因电机全速运行，电机轴瓦和风机等机械部分磨损较快，转子滑环的碳刷磨损也较快，更换周期短。二、调速方式的选择大功率高压异步电动机的主要调速方式有以下几种串级调速、内反馈斩波调速、液力耦合器调速及变频调速等。高压变频调速较其他调速方式有以下无法比拟的优点1变频器采用液晶显示数字界面，可随时显示电压、电流、频率和电机转速，可以非常直观地显示电机在任何时间的实时状态和故障信息。2精确的频率分辨率和很高的调速精度，完全可以满足各种生产工艺工况的需要。3具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电机在正常运行和故障时安全可靠。4电机可实现软启动、软制动；启动电流小，减轻了对机械负载的冲击；电机启动的时间连续可调，减少了对电网的影响。5具有就地和远程操作功能。6减少配件损耗，延长设备使用寿命，提高劳动生产效率。当时，通过对国内外厂家的比较，我公司选用了北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERTA10/090高压变频器。三、改造项目具体实施方案和过程根据现场的实际情况，旁路柜采用了一拖一自动方案，此结构是自动旁路的典型方案。基本原理是使用了3个高压隔离开关（GS1、GS2和GS3和3个高压真空接触器（KM1、KM2和KM3组成（如图1，GF为原高压开关柜内的断路器）要求KM1和KM2不能与KM3同时闭合，在电气控制回路和PLC程序上实现互锁，变频正常启动时，KM1先闭合，KM2后闭合，正常停车时KM2先断开，KM1后断开；当变频运行期间变频器报重故障时自动投入旁路运行（参数可设），KM1和KM2同时断开后KM3闭合，转入工频运行；变频器出现故障短时不可修复，直接工频启动时，手动合上KM3即可。现场原有的水电阻装置继续保留，变频启动时，取KM1的合闸信号直接短接电机转子滑环，由高压变频器对电机实现软启动；变频运行报重故障时自动旁路，KM1和KM2断开，水电阻短接接触器断开，KM3合闸信号启动水电阻装置正常投入运行（仅启动，启动完毕后仍短接转子）；当工频直接启动时，KM3合闸信号直接启动水电阻实现软启动功能。KM3合闸信号（旁路运行信号）直接进DCS，提示中控进行阀门调节风量。图1高压变频器工频旁路原理现场设备铭牌如下高压变频器铭牌电机铭牌型号HARSVERTA10/090型号YRKK6306出厂编号05037制造厂沈阳电机有限公司额定功率1600KVA额定功率1000KW额定电流90A额定电压10KV额定输入电压10KV额定电流70A输出最大电压10KV额定转速960R/M四、改造效果1节能效果相当明显，经济效益显著。我公司二期生料磨循环风机变频改造后，取得了显著的节能效果，改造前风机风门的开启经常在70左右，电机全速运行；变频改造后，风机变速运行，风门全开。因现场工况变化不是很大，变频调速系统经常运行在42HZ左右，与调节档板时的消耗功率大大减少，节电效果与经济效益显著，变频改造前后，电机的运行数据如下表所示时间调节方式输入电流（A运行频率（HZ电机平均功率（KW改造前风门6050832改造后变频调速4042658改造后，生料循环风机的节能率为（832658）/832209，该生料循环风机年运行时间按280天，每度电按05元计算，年节省电费（832658）2428005584640元。2改善工艺。改造前及改造后现场工况列表如下改造前改造后启动方式串水电阻启动变频软启动风机噪音振动较大小轴承温升较高低电机和风机维护周期短长参考上述表格，可以看出二期生料循环风机变频改造后，取得的间接效果也十分明显，由于变频调速系统经常运行在42HZ（生产时），电机及风机转速降低，电机及风机的轴温降低，噪音和振动降低，电机碳刷消耗量减少，整体维护周期大大延长。操作人员在DCS侧通过监控界面很方便的调节电机的运行频率，调节及时，调节精度高，由于电机变频改造后转速降低，输出功率大大降低，电机的温升也没有升高。五、总结由此可见，利德华福生产的该套HARSVERTA10/090高压变频调速系统在我公司二期生料循环风机上取得了良好的使用效果，该设备安装方便，运行稳定可靠，维护量小（定期清滤网和紧线），在迄今二年多的运行过程中，故障率很低，系统运行安全、稳定、可靠，节能效果显著，为我公司的正常生产和节能降耗做出了巨大贡献。我作为电气维护管理人员，对利德华福高压变频器的使用有以下切身体会1系统运行安全、稳定、高效。2全中文界面显示，参数设置简单明确，方便操作。3适应国内电压不稳的国情，在其可靠性、安全性等方面具有独到的优势。4内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要。5监控、保护、记录查询等功能实用、可靠、方便。6该公司非常重视售前、售中和售后服务工作，有着一支训练有素、专业技术能力强、服务及时的技术支持工程师队伍，能随时响应并满足用户的各种要求，客户24小时可以跟技术服务人员取得联系，获得技术支持和帮助。7该公司的技术研发能力强，不断完善产品质量和提高产品稳定性，产品升级和改进后主动为客户提供免费升级服务（一年内）。8该公司经常主动地对客户定期进行产品质量询访和跟踪，每半年主动为客户进行一次免费设备巡查，协助客户搞好设备维护。9处理故障及时、有效，售后技术服务人员业务素质高，态度好，能急客户所急，想客户所想，替用户考虑周全，服务周到，以用户的满意为目标搞好技术支持保障工作。案例五、高压变频器在水泥回转窑中的应用摘要变频调速技术现已被应用于各行各业，山水集团公司于2004年起开始将高压变频器应用于水泥行业的电机节能改造，至今已成功用于水泥厂窑尾排风机、高温风机、窑头煤磨风机、窑头过剩风机、生料磨循环风机等的节能改造，取得了许多成功的改造经验，并取得了显著的经济效益。关键词变频调速、液力耦合器变频改造一、前言变频调速技术现已被应用于各行各业，我公司于2004年起开始将高压变频器应用于水泥行业的电机节能改造，至今已成功用于水泥厂窑尾排风机、高温风机、窑头煤磨风机、窑头过剩风机，生料磨循环风机的节能改造，取得了许多成功的改造经验，并取得了显著的经济效益。典型应用案例2007年67月，利德华福在山水集团中标18台设备，其中应用较多的是淄博山水水泥公司和平阴山水水泥公司的各两条日产量5000T生产线的高温风机、窑头煤磨风机、窑头过剩风机，生料磨循环风机等风机，进行变频节能改造，都取得良好的节能效果，下面对改造情况作一简单介绍。二、原来用液力耦合器缺陷1液力耦合器属于一种机械调速设备。液力耦合器的原理决定了液力耦合器有58的速度损失。同时功率损失变为热量，使液压油温过高。需要大量冷却水冷却液压油。2在实际运行中油温高于95以上，使冷却器的水易结垢堵塞，造成故障。3由于液力耦合器是用液压油传递功率，因此速度控制不稳定、功率因数低、调速精度差。4液力耦合器整机效率低，功率因数低，调速精度差，调速本身的损耗大、维护量大、二次成本过高，所以节能效果不明显。三、高压变频调速系统简介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（1S）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，在变频后不再存在；（2）异步电动机功率因数由变频前的085左右提高到变频后的095以上；（3）可实现零转速启动，无启动冲击电流，从而降低了启动负载，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/H2N1/N22，P1/P2N1/N23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E1N/N3PTKWH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。四、变频器和液力偶合器的比较1HARSVERTA高压变频器调速范围为0100；液力偶合器的调速范围一般为4095，即高速段造成约5的速度损失，影响机组的出力。液力偶合器最低一般只能到额定速度的40。2HARSVERTA高压变频器在整个调速范围内都具有较高的效率（大于96），而液力偶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。3HARSVERTA高压变频器对电机及负载机械实现真正的软启动，彻底解决了启动冲击问题，如果工艺需要，电机可以在短时间内多次重复启动。液力偶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。4用HARSVERTA高压变频器对电机进行调速改造时，只需脱开原来的开关和电机的连接电缆，加入高压变频器即可，不动电机和机械的连接关系，不用改动任何基础，也不存在场地限制问题。用液力偶合器做调速改造，必须将液力偶合器串入电机和机械的连接轴中，需要移动和重新浇注设备基础，有些地方空间也未必允许。5HARSVERTA高压变频器是高科技设备，可靠性高，基本免维护。液力偶合器是机械设备，本身包含油路、水路等多套系统，故障率高，维修工作量大，造成有效生产时间的缩短。五、高温风机变频改造方案以水泥厂耗电量较高的高温风机为例，日产5000T的生产线，高温风机电机配置为6KV/2500KW，原来用液力耦合器调速，改造后在高温风机的电机与风机之间由高压变频器对电机本身进行调速，最后达到调整窑尾预热器（高温风机入口）的压力为工况要求值。根据水泥厂提供的负载参数及运行工况，利德华福为窑尾高温风机配置高压变频器型号是HARSVERTA06/300（额定电压6KV，额定电流300A）。六、窑尾高温风机系统简介淄博山水水泥厂和平阴山水水泥生产线为干法悬窑，其窑烧成系统流程简图如图1所示图1窑烧成系统流程简图日产5000T旋窑是一个有4度斜角、直径48M、长74M的耐热钢筒，内镶各种耐火砖。从预热器来的生料从窑尾进入到窑中，借助窑的转动来促进生料在旋窑内高温下混合、煅烧，物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。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）。七、改造过程简述为减小安装成本，动力电缆保留了原高压柜至电机的电缆，将电缆原接线由高压柜牵至高压变频器，再重新由高压柜到高压变频器敷设一根动力电缆，由于高压变频器房紧邻高压室，此电缆长度较短。由于此高压变频器功率较大，发热量较大，为保证足够的通风冷却效果，在变压器柜顶和功率柜顶分别独立安装了一整体风罩，与各自的出风口连成整体，把高压变频器散出的热风排出室外，保证高压变频器整体冷却通风要求。八、变频改造节能情况统计变频改造前后，我们对相应的运行数据进行了统计，现将部分数据分析整理如下。1淄博山水水泥1、2窑风机改造前后对比表淄博山水水泥有限公司改造设备，应用了利德华福共计8台高压大功率变频器，分别应用以下场合所用场合电机功率（KW）改造前电机功率（KW）改造后电机功率（KW）节电率一线1循环风机10007906611632一线2循环风机10007746811202一线高温风机250022211777200一线煤磨风机6303482472902二线3循环风机10008306811796二线4循环风机10007806321897二线高温风机2500242018662289二线煤磨风机6303882573376从上述数据可以明确看出改造后窑系统各风机相应的节电功率。根据我们在设备调试和开窑过程中记录的数据，按每天24小时，月运行28天，年运行11个月，即7392小时计算，可推算出风机的节电量及节电效益。以1窑所有风机为例计算节能效果节电功率（790661）（774681）（22211777）（348247）767（KW），年节电量767KW7392小时56696万KWH，年节电效益56696万KWH05元/KWH28348万元。2平阴山水水泥1、2窑风机改造前后对比表平阴山水水泥有限公司改造设备，应用了利德华福共计5台高压大功率变频器，分别应用以下场合所用场合电机功率改造前电机功率改造后电机功率一线高温风机2500KW19201430一线过剩风机630KW455345二线高温风机2500KW18901380二线煤磨风机630KW510430二线过剩风机630KW425330由于平阴山水水泥窑的密封较好，所以节能效果也比较好，其中尤以高温风机效果最好，现简单计算高温风机节电量，根据我们在设备调试和开窑过程中记录的数据，平阴山水1窑在5500T/D的产量下，高温风机6KV侧电流约为156A，耗电功率约为1430KW，比改造前同产量耗电功率下降约490KW。2窑在5500T的产量下，高温风机6KV侧电流约为148A，耗电功率约为1380KW，比改造前同产量耗电功率下降约510KW。按每天24小时，月运行28天，年运行11个月，即7392小时计算，可推算出两台高温风机的节电量及节电效益。1窑高温风机节电功率19201430490（KW），年节电量490KW7392小时3622万KWH，年节电效益3622万KWH064元/KWH2318万元。2窑高温风机节电功KW），年节电量510KW7392小时377万KWH，年节电效益377万KWH064元/KWH2413万元。此数据为估算节电值，变频改造的另一大收益是提高了窑系统的产量近19，由此而产生的增产效益也是非常大的。九、变频改造总结根据我公司在山水水泥厂各个风机的高压变频器的安装及使用情况，总结高压变频器改造有以下优点1安装简单，即将原高压开关柜与电动机之间插入安装高压变频器，对原有接线改动不大。2操作使用方便，高压变频器操作只有简单的开机、停机和频率调整。3能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，适用性强。4保护功能完善，故障率低，排风机启动平稳，启动电流小，可靠性高。5电动机不需长期高速运行，工作电流大幅度下降，节电效果显著。6由于高压变频器取代了液耦调速，消除了机械及液压高故障率的缺陷，设备维护费用降低。7电动机运行振动及噪声明显下降，轴承温度也有很大的下降。8交流变频调速器，以适用性强、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用户的欢迎。它应用在调速、节电、软启动方面，对企业有很大的实用价值。我公司高压变频器在这两个水泥厂共对13台电机进行了成功的改造，其节能效果明显，且同时提高了整个系统的工艺性能，得到用户的好评，并在当地水泥行业中产生了很大的影响。十、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，而电动机电耗就占成本近30，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。高压变频器技术目前已经比较成熟，故障率较小，是水泥厂节能改造的理想设备，具有很高的应用价值。水泥行业风机系统高压变频节能优势浅析一、我国水泥行业发展现状近几年，在国家宏观政策的大力支持下，随着国民经济高速发展，北京奥运会、上海世博会等项目的拉动、加