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一、前言

水泥企業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的能源消耗大戶，水泥行業(yè)已被列為國家節(jié)約資源的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。在國務(wù)院提出加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的政策環(huán)境下，提高水泥行業(yè)的節(jié)約型制造和應(yīng)用水平，建立節(jié)約型水泥工業(yè)體系意義重大。在當(dāng)前國內(nèi)外能源供需矛盾突出的情況下，水泥行業(yè)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。水泥生產(chǎn)中電動(dòng)機(jī)負(fù)載電耗就占成本近30％，而拖動(dòng)風(fēng)機(jī)用的高壓電動(dòng)機(jī)在電機(jī)中占有很大的比重，對(duì)一條水泥生產(chǎn)線，其中有25%～30%的電能是用于拖動(dòng)各種類型風(fēng)機(jī)上，因此做好電動(dòng)機(jī)的降耗增效工作就顯得極為重要。

 新疆伊犁南崗建材（集團(tuán)）有限責(zé)任公司是以生產(chǎn)水泥、化工產(chǎn)品為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)化集團(tuán)。在2001年2月，經(jīng)新疆兵團(tuán)農(nóng)四師批準(zhǔn)，依法改制為伊犁南崗建材有限責(zé)任公司，由新疆伊力特實(shí)業(yè)股份有限公司、農(nóng)四師73團(tuán)、75團(tuán)等11家單位共同投資在伊寧市邊境經(jīng)濟(jì)合作區(qū)注冊(cè)成立。注冊(cè)資本1.73億元。目前，水泥年生產(chǎn)能力將達(dá)200萬噸。

二. 英威騰CHH系列高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)

深圳市英威騰電氣股份有限公司，提供的CHH100系列變頻器除了具有一般廠家的高壓變頻器功能外，還有以下幾方面的特點(diǎn)。

1）具有較強(qiáng)的功能，能夠滿足不同工況

CHH100系列高壓變頻器采用DSP系統(tǒng)與可編程系統(tǒng)巧妙的結(jié)合，控制系統(tǒng)高度集成化，設(shè)備器件主要采用進(jìn)口器件，完成了比一般高壓變頻器的功能，具有300多個(gè)功能碼，可以對(duì)啟動(dòng)特性、運(yùn)行模式等功能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行不同設(shè)定。CHH100系列高壓變頻器具有標(biāo)準(zhǔn)的RS485接口，可以通過RS485通訊接口（采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議）與DCS進(jìn)行連接，也可以通過硬接線的方式與DCS系統(tǒng)進(jìn)行連接。多種接口方式選擇可以DCS系統(tǒng)很方便的對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。也可以進(jìn)行不同參數(shù)設(shè)置，滿足現(xiàn)場(chǎng)其它各種不同工況。

2）全面的保護(hù)功能

CHH100系列變頻器的功率單元自身就有多達(dá)11種的故障保護(hù)；主控系統(tǒng)采用DSP＋PFGA巧妙配合，電氣部分對(duì)輸出電壓、輸出電流、輸入電壓、輸入電流都有全面檢測(cè)，對(duì)變頻器電源及電機(jī)都有過壓、過流、過載、欠壓、溫度等具有多達(dá)二十幾種超強(qiáng)綜合保護(hù)功能，并且重要的保護(hù)定值可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的工況進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。內(nèi)置雷擊過流保護(hù)裝置，有效提高設(shè)備保護(hù)功能和系統(tǒng)保護(hù)功能，完全能夠保證電源及電機(jī)的安全運(yùn)行。

3）全面的參數(shù)記錄

CHH100系列高壓變頻器顯示多項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)過過程變量，包括每個(gè)模塊的溫度、母線電壓都有檢測(cè)與顯示。具有故障、事故顯示、記錄功能，具有自診斷功能，所在信息可以通過通訊上傳至DCS系統(tǒng)，異常時(shí)對(duì)變頻器的狀態(tài)都有全面的記錄，以便現(xiàn)場(chǎng)人員更準(zhǔn)確、更快捷地解決問題。

4）最大的電壓、電流冗余量設(shè)計(jì)

深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列高壓變頻器，以安全、可靠、使用壽命長為首要設(shè)計(jì)原則，采用1700V高壓IGBT，9級(jí)或6級(jí)串聯(lián)，電壓裕量為2.0倍左右。功率器件電壓安全設(shè)計(jì)冗余量較高。

5）電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)跟蹤功能

CHH100系列高壓變頻器在主電源母線切換（10秒內(nèi)）過程中，變頻器能夠自動(dòng)跟蹤電機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)主電源恢復(fù)后變頻器自動(dòng)運(yùn)行起來，保證了機(jī)組安全可靠運(yùn)行。

6）功率模塊自動(dòng)旁路技術(shù)

模塊自動(dòng)旁路技術(shù)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，CHH100系列高壓變頻器采用功率模塊自動(dòng)旁路技術(shù)，可在1ms內(nèi)旁路故障模塊，變頻器降額并可長期運(yùn)行，等適當(dāng)時(shí)候停機(jī)處理。

7）良好的電壓波動(dòng)適應(yīng)能力

CHH100系列高壓變頻器對(duì)電網(wǎng)電壓在±15%范圍內(nèi)波動(dòng)，變頻器能滿載輸出；電網(wǎng)電壓短時(shí)（30秒）下降至額定電壓的65％時(shí)，可繼續(xù)降額運(yùn)行，不進(jìn)行保護(hù)。

8）最有效的電磁干擾解決方案

深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列高壓變頻器在模塊設(shè)計(jì)上，獨(dú)家采用后進(jìn)線、前出線設(shè)計(jì)方案；結(jié)構(gòu)方面和電氣方面全面考慮電磁抗干擾措施，尤其是核心的控制板件，最有效保證變頻器的可靠運(yùn)行。

9）合理的散熱系統(tǒng)

功率采用獨(dú)立的散熱風(fēng)道，系統(tǒng)集中散熱的方式，散熱性能良好，滿載長時(shí)間運(yùn)行溫升不超過25℃，良好的散熱系統(tǒng)可以確保變頻裝置的高可靠性，并延長變頻裝置內(nèi)部的器件使用壽命。

10）模塊化設(shè)計(jì)

CHH100系列變頻器，遵循模塊化設(shè)計(jì)理念，功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，各個(gè)相同的功率單元的結(jié)構(gòu)、配置完全相同，可以非常方便的互換，從而利于生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，以及維修的標(biāo)準(zhǔn)化。

11）最簡(jiǎn)潔操作、最快捷維護(hù)

深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列高壓變頻器具有人性化的接口設(shè)計(jì)、界面簡(jiǎn)潔清晰；操作方便，采用抽屜式模塊設(shè)計(jì)，更換模塊僅需5分鐘；濾網(wǎng)更換方便、快捷。

三、原來用液力耦合器缺陷：

1.液力耦合器屬于一種機(jī)械調(diào)速設(shè)備。液力耦合器的原理決定了液力耦合器有5-8%的速度損失。同時(shí)功率損失變?yōu)闊崃浚挂簤河蜏剡^高。需要大量冷卻水冷卻液壓油。

2. 在實(shí)際運(yùn)行中油溫高于95℃以上，使冷卻器的水易結(jié)垢堵塞，造成故障。

3. 由于液力耦合器是用液壓油傳遞功率，因此速度控制不穩(wěn)定、功率因數(shù)低、調(diào)速精度差。

4. 液力耦合器整機(jī)效率低，功率因數(shù)低，調(diào)速精度差，調(diào)速本身的損耗大、維護(hù)量大、二次成本過高，所以節(jié)能效果不明顯。

三、窯尾窯尾高溫風(fēng)機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

新疆伊犁南崗建材（集團(tuán)）有限責(zé)任公司水泥廠生產(chǎn)線為干法懸窯，其窯燒成系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖如圖1所示：

從預(yù)熱器來的生料從窯尾進(jìn)入到窯中，借助窯的轉(zhuǎn)動(dòng)來促進(jìn)生料在旋窯內(nèi)高溫下混合、煅燒，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動(dòng)在窯內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)。窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的余熱廢氣，在窯尾高溫風(fēng)機(jī)的作用下，通過預(yù)熱器對(duì)進(jìn)入窯尾前的生料進(jìn)行預(yù)熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風(fēng)機(jī)抽出進(jìn)入廢氣處理（除塵及排出）。

四、窯尾高溫風(fēng)機(jī)改造過程簡(jiǎn)述

　  近兩年，高壓變頻器發(fā)展迅猛，涌現(xiàn)出生產(chǎn)高壓變頻器的大小廠數(shù)十家。但是，各廠家的主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都相差無幾。通過各種途徑的考察與比較，新疆伊犁南崗建材集團(tuán)最終選擇深圳英威騰電氣股份有限公司的自主研發(fā)、生產(chǎn)的多單元串聯(lián)的高─高形式的CHH100系列高壓變頻器， 在2008年11月在該項(xiàng)水泥廠的其中一條3#生產(chǎn)線的窯尾高溫風(fēng)機(jī)安裝高壓變頻器, 進(jìn)行變頻節(jié)能改造，都取得良好的節(jié)能效果，下面對(duì)改造情況作一簡(jiǎn)單介紹。

1.為減小安裝成本，動(dòng)力電纜保留了原高壓柜至電機(jī)的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至高壓變頻器，再重新由高壓柜到高壓變頻器敷設(shè)一根動(dòng)力電纜，由于高壓變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。

2.高壓變頻器具有遠(yuǎn)程和本機(jī)控制功能。本機(jī)控制時(shí)通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動(dòng)、停止高壓變頻器，可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率。遠(yuǎn)程控制放在控制室，設(shè)有操作臺(tái)和上位機(jī)，由配電工操作控制。通過上位機(jī)配電工可以隨時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況，通過操作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)方操作。配電工可以根據(jù)工況自由選定高壓變頻器“手動(dòng)/自動(dòng)”調(diào)速運(yùn)行。

3.系統(tǒng)要求控制的壓力值由手操器給定(4~20mA電流信號(hào))，母管壓力反饋信號(hào)經(jīng)壓力變送器檢測(cè)后，再由DCS供給。壓力比較和PID運(yùn)算均由DCS完成，其變換出來信號(hào)作為變頻器給定信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定在壓力設(shè)定值上，達(dá)到自動(dòng)跟蹤管網(wǎng)壓力的目的。同時(shí)，通過變頻器的模擬量輸出接口將管網(wǎng)壓力、實(shí)際電壓、電流、頻率反饋到DCS監(jiān)控系統(tǒng)上。變頻器仍然作為一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，類似擋板特性，只是時(shí)間系數(shù)需要重新調(diào)整，這種調(diào)節(jié)方式比較簡(jiǎn)便合理，只需要DCS根據(jù)以往的工頻調(diào)節(jié)方式增加變頻調(diào)節(jié)回路，以前的工頻擋板控制方式繼續(xù)保留備用。

四、窯尾高溫風(fēng)機(jī)效益分析                                        

1.改造項(xiàng)目參數(shù):

電壓:6000V;  電流:76A   額定功率:630KW   轉(zhuǎn)速:990R/MIN   功率因數(shù):0.85

2.改造項(xiàng)目分析計(jì)算:

由于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓沒有特殊的要求，不考慮風(fēng)壓的情況下,沒用高壓變頻之前( 液力偶合裝置)電壓:6300V  運(yùn)行電流:45A-50A  根據(jù)流量的對(duì)高壓風(fēng)機(jī)節(jié)能進(jìn)行計(jì)算：

  液力偶合裝置時(shí)的功率P1=1.732UicosQ=1.732*6300*45*0.85W=417KW                            

  變頻調(diào)速時(shí),生產(chǎn)中電機(jī)轉(zhuǎn)速為: 600r/min-700r/min變頻器效率取97%

變頻調(diào)速的功率F2=630*(650/990)3/085/0.97=220KW

考慮其它方面的照明、冷卻損耗約：P3=15 kW

變頻器節(jié)約的電能：P4= P1－P2－P4=417-220-15=182KW

一年按照7000小時(shí)計(jì)算：

一年總的節(jié)電：W=182*7000=127.4萬度。

五、窯尾高溫風(fēng)機(jī)變頻改造總結(jié)

根據(jù)我公司在山水水泥廠各個(gè)風(fēng)機(jī)的高壓變頻器的安裝及使用情況，總結(jié)高壓變頻器改造有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1.安裝簡(jiǎn)單，即將原高壓開關(guān)柜與電動(dòng)機(jī)之間插入安裝高壓變頻器，對(duì)原有接線改動(dòng)不大。
　　2.操作使用方便，高壓變頻器操作只有簡(jiǎn)單的開機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整。
　　3.能進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，適用性強(qiáng)。
　　4.保護(hù)功能完善，故障率低，排風(fēng)機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，可靠性高。
　　5.電動(dòng)機(jī)不需長期高速運(yùn)行，工作電流大幅度下降，節(jié)電效果顯著。
　　6.由于高壓變頻器取代了液耦調(diào)速，消除了機(jī)械及液壓高故障率的缺陷，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用降低。
　　7.電動(dòng)機(jī)運(yùn)行振動(dòng)及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。
　　8.交流變頻調(diào)速器，以適用性強(qiáng)、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它應(yīng)用在調(diào)速、節(jié)電、軟啟動(dòng)方面，對(duì)企業(yè)有很大的實(shí)用價(jià)值。我公司高壓變頻器在這個(gè)水泥廠對(duì)電機(jī)進(jìn)行了成功的改造，其節(jié)能效果明顯，且同時(shí)提高了整個(gè)系統(tǒng)的工藝性能，得到用戶的好評(píng)，并在當(dāng)?shù)厮嘈袠I(yè)中產(chǎn)生了很大的影響。

五、結(jié)束語

目前，水泥行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，但關(guān)鍵還是制造成本的競(jìng)爭(zhēng)，而電動(dòng)機(jī)電耗就占成本近30％，而拖動(dòng)風(fēng)機(jī)用的高壓電動(dòng)機(jī)在電機(jī)中占有很大的比重，因此做好電動(dòng)機(jī)的降耗增效工作就顯得極為重要。高壓變頻器技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，故障率較小，是水泥廠節(jié)能改造的理想設(shè)備，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。