HIVERT高壓變頻器在2500t/d熟料生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

　一、前言

　　魯南中聯(lián)水泥有限公司原有兩條2300t/d熟料生產(chǎn)線為國家的“七五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，由于運(yùn)行20多年之久，設(shè)備已趨于老化，使得設(shè)備的維護(hù)量和維護(hù)成本不斷增加，而且原燃材料消耗和電力消耗較高，致使生產(chǎn)成本逐年呈上升趨勢。為響應(yīng)國家節(jié)能減排之號(hào)召，我公司于2009年底對(duì)2#2300t/d熟料生產(chǎn)線進(jìn)行改造。其主機(jī)設(shè)備均為目前高效能設(shè)備，而且許多風(fēng)機(jī)均采用了高壓變頻器、低壓變頻器、軟啟動(dòng)器等節(jié)能降耗電氣產(chǎn)品，為2500t/d熟料生產(chǎn)線的高效低耗打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2300t/d熟料生產(chǎn)線原窯尾高溫風(fēng)機(jī)調(diào)速為液力耦合器調(diào)速，能耗較高，為提高生產(chǎn)效率降低消耗，通過綜合比較我們選用了HIVERT高壓變頻器，還有生料系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)機(jī)，均采用了HIVERT高壓變頻器。

　　二、魯南中聯(lián)水泥有限公司簡介

　　魯南中聯(lián)水泥有限公司的前身——魯南水泥廠作為國家的“七五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目始建于1987年，是全國水泥行業(yè)中首家通過ISO9001質(zhì)量體系、ISO14001環(huán)境管理體系、ISO10012計(jì)量體系三項(xiàng)國際認(rèn)證的企業(yè)。1999年成為中國建材集團(tuán)水泥業(yè)務(wù)平臺(tái)――中國聯(lián)合水泥有限責(zé)任公司旗下的核心企業(yè)，2006年3月公司在境外上市，根據(jù)集團(tuán)公司進(jìn)一步發(fā)展需要，為統(tǒng)一品牌，統(tǒng)一管理模式，2007年1月1日更名為魯南中聯(lián)水泥有限公司，也是中國聯(lián)合水泥山東運(yùn)營管理區(qū)所在地。

　　公司在注重環(huán)境保護(hù)的前提下合理利用自然資源，崇尚“善用資源，服務(wù)建設(shè)”的發(fā)展理念，首家提出了“綠色水泥”的概念，充分利用科技手段，不斷加強(qiáng)資源利用的科研工作，廢渣替代粘土資源利用率100%，石灰石綜合利用率98%以上；不斷促進(jìn)地方社會(huì)環(huán)境的改善，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　三、變頻器應(yīng)用的意義

　　水泥生產(chǎn)企業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的能源消耗大戶，它面臨著節(jié)能降耗的艱巨任務(wù)，所以必須通過各種途徑降低能耗，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率。在一個(gè)日產(chǎn)5000噸水泥熟料的水泥廠，全廠的風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量約占全廠總裝機(jī)功率的34.8~37.7%，耗電量約占整個(gè)廠用電量30%~40%，因此做好風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的降耗增效工作就顯得極為重要。

　　眾所周知，風(fēng)機(jī)的選型是按照滿負(fù)荷狀態(tài)設(shè)計(jì)的，而實(shí)際生產(chǎn)過程中由于工況和產(chǎn)量的變化，系統(tǒng)所需求的風(fēng)量也隨之變化，大部分風(fēng)機(jī)采用調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口閥門的開度來實(shí)現(xiàn)，而該方法是以增加風(fēng)阻、犧牲風(fēng)機(jī)的效率來達(dá)到要求的。如果利用變頻調(diào)速技術(shù)改變設(shè)備的運(yùn)行速度來調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，既可以滿足生產(chǎn)要求，又能達(dá)到節(jié)約電能的效果。

　　四、高壓變頻器的發(fā)展及選型

　　1、高壓變頻器的發(fā)展

　　隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，以變頻調(diào)速為代表的近代交流調(diào)速技術(shù)有了飛速的發(fā)展。交流變頻調(diào)速傳動(dòng)克服了直流電機(jī)的缺點(diǎn)，發(fā)揮了交流電機(jī)本身固有的優(yōu)點(diǎn)（結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等），并且很好地解決了交流電機(jī)調(diào)速性能先天不足的問題。交流電機(jī)變頻調(diào)速是當(dāng)今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運(yùn)行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動(dòng)性能等諸多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。

　　目前，在國內(nèi)有大量的低壓變頻器廠商，其大部分為AC380V的中小功率產(chǎn)品，而能夠研制、生產(chǎn)、并提供服務(wù)的高壓變頻器廠商，僅有少數(shù)的具備科研能力或資金實(shí)力的個(gè)別企業(yè)（如：合康億盛公司）。隨著國內(nèi)高壓變頻器行業(yè)的迅速發(fā)展，國產(chǎn)主流高壓變頻器在功能、可靠性等方面已經(jīng)達(dá)到國際水平，在成本和服務(wù)方面則占據(jù)很大優(yōu)勢，目前國產(chǎn)高壓變頻器占有率超過60%，極大的提高了我國工業(yè)的傳動(dòng)水平，促進(jìn)了各個(gè)行業(yè)的變頻節(jié)能改造。

　　2、變頻器的選型

　　（1）電壓等級(jí)

　　我國高壓電機(jī)常用電壓等級(jí)為6kV和10kV，另有少量3kV等級(jí)的高壓電機(jī)。絕大部分的高壓變頻器輸入都有一個(gè)隔離變壓器，所以變頻器輸入電壓通常能滿足不同電網(wǎng)電壓等級(jí)的要求。對(duì)于技改項(xiàng)目，本來電機(jī)工頻運(yùn)行，由于通常不會(huì)更換電機(jī)，加裝變頻器后，要求變頻器的輸出電壓和電網(wǎng)電壓一致。

　　（2）電壓源型和電流源型

　　目前絕大部分的高壓變頻器均屬于交直交型變頻器，按中間直流環(huán)節(jié)所用儲(chǔ)能元件的不同，可分為電壓源型和電流源型。

　　電流源型變頻器的優(yōu)點(diǎn)是能量可以回饋電網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。電源側(cè)常采用三相橋式晶閘管整流電路，輸入電流的諧波較大，輸入功率因數(shù)一般較低，電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大時(shí)容易停機(jī)。

　　電壓源型高壓變頻器由于采用二極管不可控整流，輸入功率因數(shù)相對(duì)較高，且不易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，在電網(wǎng)條件比較差的應(yīng)用場合。

　　（3）對(duì)電網(wǎng)諧波污染和輸入功率因數(shù)

　　對(duì)電網(wǎng)的諧波污染主要取決于整流電路的結(jié)構(gòu)和特性，減少電網(wǎng)諧波污染的主要方式有兩種：多重化整流和PWM整流。單元串聯(lián)多電平高壓變頻器通常整流脈沖數(shù)較多，對(duì)電網(wǎng)諧波污染較小。為了減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，電流源型變頻器通常采用18脈沖整流。三電平電壓源型變頻器至少需要12脈沖以上，要求高時(shí)可采用24脈沖。

　　（4）輸出波形及對(duì)電機(jī)適用性

　　輸出諧波對(duì)電機(jī)的影響主要有：引起電機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致電機(jī)的額外溫升，電機(jī)往往要降額使用，諧波還會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，噪音增加，所以檢測波形應(yīng)穩(wěn)定、諧波少。

　　（5）節(jié)電率

　　如風(fēng)機(jī)或水泵，應(yīng)用變頻器后節(jié)電率和變頻器本身關(guān)系不大，主要由改造前變頻器的運(yùn)行工況決定。如原來擋板、閥門的開度等。

　　（6）旁路柜或切換柜（選配）

　　旁路柜或切換柜開關(guān)可根據(jù)用戶工況要求選用隔離刀閘、真空接觸器或兩者的組合方式。

　　旁路柜的作用是在變頻器退出運(yùn)行后，將電機(jī)投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

　　切換柜的作用是將變頻器輸出切換到不同電機(jī)。

　　五、HIVERT高壓變頻器在調(diào)試期間出現(xiàn)的問題及處理

　　1、出現(xiàn)過流故障報(bào)警（跳車）

　　原因分析：窯尾廢氣通過高溫風(fēng)機(jī)給生料系統(tǒng)供風(fēng)，由于高溫風(fēng)機(jī)出風(fēng)管道比較長而且角度較大，致使窯尾廢氣中存在的灰塵附著在出風(fēng)管道壁上，粉塵積攢到一定程度就會(huì)發(fā)生塌料現(xiàn)象，瞬間粉塵就會(huì)進(jìn)入高溫風(fēng)機(jī)，增大了高溫風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，甚至出現(xiàn)風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)，嚴(yán)重造成了點(diǎn)擊堵轉(zhuǎn)，致使高壓變頻器出現(xiàn)過流故障報(bào)警（跳車）。如圖1a示意圖所示。

　　解決措施：在高溫風(fēng)機(jī)出風(fēng)管道中間位置開一孔，下面焊接一錐形管道，當(dāng)附著在高溫風(fēng)機(jī)出風(fēng)管道壁上的粉塵出現(xiàn)塌料時(shí)，粉塵就會(huì)通過管道進(jìn)入地面小倉進(jìn)行處理。如圖1b示意圖所示。

2、出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元故障

高溫風(fēng)機(jī)高壓變頻器資料：功率單元型號(hào)：HPU690/250D1P，額定電流：250A，沒有旁路系統(tǒng)。高壓變頻器上電后運(yùn)行1天左右有3個(gè)功率單元損壞，在變頻器的位置為A4、B4、C4，其中一個(gè)單元C4內(nèi)部的IGBT炸裂，另外兩個(gè)功率單元沒有器件損壞，上電調(diào)試正常。

原因分析：

C4單元IGBT上面吸收板的螺絲松動(dòng)，與IGBT正-負(fù)極接觸電阻增大，導(dǎo)致吸收板并沒有起到吸收作用從而使C4單元IGBT被擊穿而炸裂，懷疑是因?yàn)殚L途運(yùn)輸過程中導(dǎo)致的螺絲松動(dòng)。

另外兩個(gè)功率單元A4、B4驅(qū)動(dòng)故障并不是器件損壞造成的，而是由于IGBT自身保護(hù)而動(dòng)作，因?yàn)橹癈4功率單元已經(jīng)工作不正常導(dǎo)致三相輸出不平衡，由此引起了電流的波動(dòng)，而IGBT自身有電流異常保護(hù)功能，當(dāng)電流很大、周期又很短時(shí)（此時(shí)的電流波動(dòng)超過了變頻器自身保護(hù)的反應(yīng)時(shí)間，變頻器來不及進(jìn)行保護(hù)）如果超出了IGBT的最高限值，為了避免IGBT損壞，則會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)封鎖輸出，因此引起了變頻器的停機(jī)，但是變頻器的故障類型還是驅(qū)動(dòng)故障，其實(shí)IGBT并沒有損壞。

解決措施：更換經(jīng)過廠家做過檢測試驗(yàn)的功率單元。

3、無故障現(xiàn)象和故障記錄，電機(jī)跳車

原因分析：在設(shè)備運(yùn)行過程中，當(dāng)外來干擾信號(hào)特別是脈沖信號(hào)，對(duì)高壓變頻器造成干擾，致使高壓變頻器誤動(dòng)作而停車，即設(shè)備偷停。

解決措施：做好高壓變頻器信號(hào)線的接地，同時(shí)對(duì)DCS系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)線做好接地處理，減少因信號(hào)干擾造成的故障。