高壓變頻器在生料磨循環風機上的應用
摘要：河南省同力鶴壁水泥有限公司成立于1995年，現有2條日產2500噸水泥熟料新型干法生產線，年產水泥200萬噸。2006年12月，公司對二期生料磨循環風機進行高壓變頻改造，取得了良好的經濟效益與社會效益。
關鍵詞：生料磨循環風機、高壓變頻器 節能
河南省同力鶴壁水泥有限公司成立于1995年，現有2條日產2500噸水泥熟料新型干法生產線，年產水泥200萬噸。公司注意挖掘自身潛力，強化節能意識，并付諸于實施，于2006年12月就對二期生料磨循環風機進行高壓變頻改造，取得了良好的經濟效益與社會效益。
一、生料磨循環風機改高壓變頻器拖動的必要性
我公司二期生料磨循環風機為沈陽電機股份有限公司生產的轉子繞線異步電機（YRKK630-6，10kV，1000kW)拖動，原有的運行方式為電機全速運行，啟動方式是轉子串水電阻啟動，啟動結束后自動短接轉子滑環，電機全速運行，這樣的運行方式存在如下弊端：
1.風機調節反應滯后，調節速度慢，調節精度不高。
依靠風門調節執行器來調節風門開度，受機械部分限制調節速度有限，調節精度亦受影響，往往對現場的風量控制不是很到位。并且，隨使用年限增加，擋板開度指示出現偏差，造成調節的誤差增加。
2.風門調節浪費電能，不科學，不經濟。
電機額定電流為70A，而電機實際運行電流平均為60A左右，閥門開啟僅為70%左右，采用風門調節，人為改變了風道的阻力曲線，大量的能源白白浪費在風門上。
3.電機全速運行受到考驗，電機和風機維護周期短。
因電機全速運行，電機軸瓦和風機等機械部分磨損較快，轉子滑環的碳刷磨損也較快，更換周期短。
二、調速方式的選擇
大功率高壓異步電動機的主要調速方式有以下幾種：串級調速、內反饋斬波調速、液力耦合器調速及變頻調速等。高壓變頻調速較其他調速方式有以下無法比擬的優點：
1.變頻器采用液晶顯示數字界面，可隨時顯示電壓、電流、頻率和電機轉速，可以非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態和故障信息。
2.精確的頻率分辨率和很高的調速精度，完全可以滿足各種生產工藝工況的需要。
3.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。
4.電機可實現軟啟動、軟制動；啟動電流小，減輕了對機械負載的沖擊；電機啟動的時間連續可調，減少了對電網的影響。
5.具有就地和遠程操作功能。
6.減少配件損耗，延長設備使用壽命，提高勞動生產效率。
當時，通過對國內外廠家的比較，我公司選用了北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A10/090高壓變頻器。
三、改造項目具體實施方案和過程
根據現場的實際情況，旁路柜采用了一拖一自動方案，此結構是自動旁路的典型方案。基本原理是：使用了3個高壓隔離開關（GS1、GS2和GS3)和3個高壓真空接觸器（KM1、KM2和KM3)組成（如圖1，GF為原高壓開關柜內的斷路器）要求KM1和KM2不能與KM3同時閉合，在電氣控制回路和PLC程序上實現互鎖，變頻正常啟動時，KM1先閉合，KM2后閉合，正常停車時KM2先斷開，KM1后斷開；當變頻運行期間變頻器報重故障時自動投入旁路運行（參數可設），KM1和KM2同時斷開后KM3閉合，轉入工頻運行；變頻器出現故障短時不可修復，直接工頻啟動時，手動合上KM3即可。
現場原有的水電阻裝置繼續保留，變頻啟動時，取KM1的合閘信號直接短接電機轉子滑環，由高壓變頻器對電機實現軟啟動；變頻運行報重故障時自動旁路，KM1和KM2斷開，水電阻短接接觸器斷開，KM3合閘信號啟動水電阻裝置正常投入運行（僅啟動，啟動完畢后仍短接轉子）；當工頻直接啟動時，KM3合閘信號直接啟動水電阻實現軟啟動功能。KM3合閘信號（旁路運行信號）直接進DCS，提示中控進行閥門調節風量。
現場設備銘牌如下：
四、改造效果
1.節能效果相當明顯，經濟效益顯著。
我公司二期生料磨循環風機變頻改造后，取得了顯著的節能效果，改造前風機風門的開啟經常在70%左右，電機全速運行；變頻改造后，風機變速運行，風門全開。因現場工況變化不是很大，變頻調速系統經常運行在42Hz左右，與調節檔板時的消耗功率大大減少，節電效果與經濟效益顯著，變頻改造前后，電機的運行數據如下表所示：
改造后，生料循環風機的節能率為：（832-658）/832=20.9%，該生料循環風機年運行時間按280天，每度電按0.5元計算，年節省電費：（832-658）×24×280×0.5=584640元。
2.改善工藝。
改造前及改造后現場工況列表如下：
參考上述表格，可以看出：
二期生料循環風機變頻改造后，取得的間接效果也十分明顯，由于變頻調速系統經常運行在42Hz（生產時），電機及風機轉速降低，電機及風機的軸溫降低，噪音和振動降低，電機碳刷消耗量減少，整體維護周期大大延長。操作人員在DCS側通過監控界面很方便的調節電機的運行頻率，調節及時，調節精度高，由于電機變頻改造后轉速降低，輸出功率大大降低，電機的溫升也沒有升高。
五、總結
由此可見，利德華福生產的該套HARSVERT-A10/090高壓變頻調速系統在我公司二期生料循環風機上取得了良好的使用效果，該設備安裝方便，運行穩定可靠，維護量小（定期清濾網和緊線），在迄今二年多的運行過程中，故障率很低，系統運行安全、穩定、可靠，節能效果顯著，為我公司的正常生產和節能降耗做出了巨大貢獻。
我作為電氣維護管理人員，對利德華福高壓變頻器的使用有以下切身體會：
1.系統運行安全、穩定、高效。
2.全中文界面顯示，參數設置簡單明確，方便操作。
3.適應國內電壓不穩的國情，在其可靠性、安全性等方面具有獨到的優勢。
4.內置PLC，易于改變控制邏輯關系，適應多變的現場需要。
5.監控、保護、記錄查詢等功能實用、可靠、方便。
6.該公司非常重視售前、售中和售后服務工作，有著一支訓練有素、專業技術能力強、服務及時的技術支持工程師隊伍，能隨時響應并滿足用戶的各種要求，客戶24小時可以跟技術服務人員取得聯系，獲得技術支持和幫助。
7.該公司的技術研發能力強，不斷完善產品質量和提高產品穩定性，產品升級和改進后主動為客戶提供免費升級服務（一年內）。
8.該公司經常主動地對客戶定期進行產品質量詢訪和跟蹤，每半年主動為客戶進行一次免費設備巡查，協助客戶搞好設備維護。
9.處理故障及時、有效，售后技術服務人員業務素質高，態度好，能急客戶所急，想客戶所想，替用戶考慮周全，服務周到，以用戶的滿意為目標搞好技術支持保障工作。
關鍵詞：生料磨循環風機、高壓變頻器 節能
河南省同力鶴壁水泥有限公司成立于1995年，現有2條日產2500噸水泥熟料新型干法生產線，年產水泥200萬噸。公司注意挖掘自身潛力，強化節能意識，并付諸于實施，于2006年12月就對二期生料磨循環風機進行高壓變頻改造，取得了良好的經濟效益與社會效益。
一、生料磨循環風機改高壓變頻器拖動的必要性
我公司二期生料磨循環風機為沈陽電機股份有限公司生產的轉子繞線異步電機（YRKK630-6，10kV，1000kW)拖動，原有的運行方式為電機全速運行，啟動方式是轉子串水電阻啟動，啟動結束后自動短接轉子滑環，電機全速運行，這樣的運行方式存在如下弊端：
1.風機調節反應滯后，調節速度慢，調節精度不高。
依靠風門調節執行器來調節風門開度，受機械部分限制調節速度有限，調節精度亦受影響，往往對現場的風量控制不是很到位。并且，隨使用年限增加，擋板開度指示出現偏差，造成調節的誤差增加。
2.風門調節浪費電能，不科學，不經濟。
電機額定電流為70A，而電機實際運行電流平均為60A左右，閥門開啟僅為70%左右，采用風門調節，人為改變了風道的阻力曲線，大量的能源白白浪費在風門上。
3.電機全速運行受到考驗，電機和風機維護周期短。
因電機全速運行，電機軸瓦和風機等機械部分磨損較快，轉子滑環的碳刷磨損也較快，更換周期短。
二、調速方式的選擇
大功率高壓異步電動機的主要調速方式有以下幾種：串級調速、內反饋斬波調速、液力耦合器調速及變頻調速等。高壓變頻調速較其他調速方式有以下無法比擬的優點：
1.變頻器采用液晶顯示數字界面，可隨時顯示電壓、電流、頻率和電機轉速，可以非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態和故障信息。
2.精確的頻率分辨率和很高的調速精度，完全可以滿足各種生產工藝工況的需要。
3.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。
4.電機可實現軟啟動、軟制動；啟動電流小，減輕了對機械負載的沖擊；電機啟動的時間連續可調，減少了對電網的影響。
5.具有就地和遠程操作功能。
6.減少配件損耗，延長設備使用壽命，提高勞動生產效率。
當時，通過對國內外廠家的比較，我公司選用了北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A10/090高壓變頻器。
三、改造項目具體實施方案和過程
根據現場的實際情況，旁路柜采用了一拖一自動方案，此結構是自動旁路的典型方案。基本原理是：使用了3個高壓隔離開關（GS1、GS2和GS3)和3個高壓真空接觸器（KM1、KM2和KM3)組成（如圖1，GF為原高壓開關柜內的斷路器）要求KM1和KM2不能與KM3同時閉合，在電氣控制回路和PLC程序上實現互鎖，變頻正常啟動時，KM1先閉合，KM2后閉合，正常停車時KM2先斷開，KM1后斷開；當變頻運行期間變頻器報重故障時自動投入旁路運行（參數可設），KM1和KM2同時斷開后KM3閉合，轉入工頻運行；變頻器出現故障短時不可修復，直接工頻啟動時，手動合上KM3即可。
現場原有的水電阻裝置繼續保留，變頻啟動時，取KM1的合閘信號直接短接電機轉子滑環，由高壓變頻器對電機實現軟啟動；變頻運行報重故障時自動旁路，KM1和KM2斷開，水電阻短接接觸器斷開，KM3合閘信號啟動水電阻裝置正常投入運行（僅啟動，啟動完畢后仍短接轉子）；當工頻直接啟動時，KM3合閘信號直接啟動水電阻實現軟啟動功能。KM3合閘信號（旁路運行信號）直接進DCS，提示中控進行閥門調節風量。
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| 圖1：高壓變頻器工頻旁路原理 |
現場設備銘牌如下：
| 高壓變頻器銘牌 | 電機銘牌 | ||
| 型號 | HARSVERT-A10/090 | 型號 | YRKK630-6 |
| 出廠編號 | 05037 | 制造廠 | 沈陽電機有限公司 |
| 額定功率 | 1600kVA | 額定功率 | 1000kW |
| 額定電流 | 90A | 額定電壓 | 10kV |
| 額定輸入電壓 | 10kV | 額定電流 | 70A |
| 輸出最大電壓 | 10kV | 額定轉速 | 960R/M |
四、改造效果
1.節能效果相當明顯，經濟效益顯著。
我公司二期生料磨循環風機變頻改造后，取得了顯著的節能效果，改造前風機風門的開啟經常在70%左右，電機全速運行；變頻改造后，風機變速運行，風門全開。因現場工況變化不是很大，變頻調速系統經常運行在42Hz左右，與調節檔板時的消耗功率大大減少，節電效果與經濟效益顯著，變頻改造前后，電機的運行數據如下表所示：
| 時間? | 調節方式 | 輸入電流（A) | 運行頻率（Hz) | 電機平均功率（kW) |
| 改造前 | 風門 | 60 | 50 | 832 |
| 改造后 | 變頻調速 | 40 | 42 | 658 |
2.改善工藝。
改造前及改造后現場工況列表如下：
| 改造前 | 改造后 | |
| 啟動方式 | 串水電阻啟動 | 變頻軟啟動 |
| 風機噪音振動 | 較大 | 小 |
| 軸承溫升 | 較高 | 低 |
| 電機和風機維護周期 | 短 | 長 |
參考上述表格，可以看出：
二期生料循環風機變頻改造后，取得的間接效果也十分明顯，由于變頻調速系統經常運行在42Hz（生產時），電機及風機轉速降低，電機及風機的軸溫降低，噪音和振動降低，電機碳刷消耗量減少，整體維護周期大大延長。操作人員在DCS側通過監控界面很方便的調節電機的運行頻率，調節及時，調節精度高，由于電機變頻改造后轉速降低，輸出功率大大降低，電機的溫升也沒有升高。
五、總結
由此可見，利德華福生產的該套HARSVERT-A10/090高壓變頻調速系統在我公司二期生料循環風機上取得了良好的使用效果，該設備安裝方便，運行穩定可靠，維護量小（定期清濾網和緊線），在迄今二年多的運行過程中，故障率很低，系統運行安全、穩定、可靠，節能效果顯著，為我公司的正常生產和節能降耗做出了巨大貢獻。
我作為電氣維護管理人員，對利德華福高壓變頻器的使用有以下切身體會：
1.系統運行安全、穩定、高效。
2.全中文界面顯示，參數設置簡單明確，方便操作。
3.適應國內電壓不穩的國情，在其可靠性、安全性等方面具有獨到的優勢。
4.內置PLC，易于改變控制邏輯關系，適應多變的現場需要。
5.監控、保護、記錄查詢等功能實用、可靠、方便。
6.該公司非常重視售前、售中和售后服務工作，有著一支訓練有素、專業技術能力強、服務及時的技術支持工程師隊伍，能隨時響應并滿足用戶的各種要求，客戶24小時可以跟技術服務人員取得聯系，獲得技術支持和幫助。
7.該公司的技術研發能力強，不斷完善產品質量和提高產品穩定性，產品升級和改進后主動為客戶提供免費升級服務（一年內）。
8.該公司經常主動地對客戶定期進行產品質量詢訪和跟蹤，每半年主動為客戶進行一次免費設備巡查，協助客戶搞好設備維護。
9.處理故障及時、有效，售后技術服務人員業務素質高，態度好，能急客戶所急，想客戶所想，替用戶考慮周全，服務周到，以用戶的滿意為目標搞好技術支持保障工作。
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