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供稿單位：深圳市微能科技有限公司


摘要：本文著重介紹了微能高壓變頻器在京蘭三源水泥有限公司應用情況，通過高壓變頻器現(xiàn)場運行證明，水泥建材行業(yè)風機采用微能高壓變頻器進行節(jié)能改造效果顯著，運行平穩(wěn)。

關鍵詞：微能高壓變頻器，水泥，節(jié)能改造

前言
    我國水泥總產(chǎn)量幾乎占到全球水泥生產(chǎn)總量的“半壁江山”，并且保持著很高的增長速度。有數(shù)據(jù)顯示，2006年4月份起水泥產(chǎn)量連續(xù)4個月超過1億噸，1至 7月水泥產(chǎn)量累計達到6.5億噸，同比增長20.7%。然而，在國內(nèi)水泥產(chǎn)能快速增長的背后，卻有著一個不容回避的問題，那就是水泥工業(yè)的高能耗，我國每噸水泥綜合能耗比世界先進水平高15%以上，水泥工業(yè)節(jié)能形勢不容樂觀，迫在眉睫。

概況
    京蘭三源水泥有限公司隸屬京蘭集團，成立于2005年5月,是鄂中地區(qū)最大的水泥生產(chǎn)企業(yè)，屬國家重點支持的水泥企業(yè)60強之一，居全國第 31位，全省第2位。 京蘭水泥公司目前擁有一條日產(chǎn)2000噸新型干法回轉窯生產(chǎn)線和2條立窯生產(chǎn)線,年產(chǎn)“晶藍”牌系列水泥100多萬噸。
    水泥工業(yè)是耗能大戶，它面臨著節(jié)能降耗的艱巨任務,特別是現(xiàn)今的新型干法水泥生產(chǎn)線，規(guī)模越來越大，節(jié)能空間也越來越大，全廠的風機裝機容量約占全廠總裝機功率的30－40%，耗電量約占整個廠用電量30%－40%；隨著輥式磨系統(tǒng)越來越多地被采用，風機耗電占總耗電量的比重也越來越大。風機的選型是按照滿負荷狀態(tài)設計的，而實際生產(chǎn)過程中隨工況和產(chǎn)量的變化，會引起風量、風壓隨機調(diào)整，眾所周知風機是屬于平方率負載，如將風機的傳動系統(tǒng)換成交流調(diào)速系統(tǒng)，通過調(diào)整電機轉速，滿足風機的不同工作狀態(tài)下的風量和風壓，就能把消耗在檔板和閥門上的能量節(jié)省下來，節(jié)能空間和效果是很可觀的，京蘭三源水泥有限公司是一條2000T/D的水泥生產(chǎn)線，其生料磨循環(huán)風機電機為10kV/630kW，采用擋板（閥門）調(diào)節(jié)風量大小，風機消耗功率大，節(jié)流損失較大。調(diào)節(jié)風門擋板控制風量，由于擋板處于較高壓力下工作，易磨損，易造成管道內(nèi)風量調(diào)節(jié)不準確，對生料磨系統(tǒng)工藝影響也較大。 其磨機系統(tǒng)簡易圖如下圖所示：





微能高壓變頻器介紹
1、微能高壓大功率變頻器由多個功率單元構成多重化串聯(lián)的拓撲結構，每個單元輸出固定的低壓電平，再由多個單元串聯(lián)疊加為所需的高壓，見下圖所示


     以10kV每相九個單元串聯(lián)為例,每相由九個相同的功率單元串聯(lián)而成，相電壓為5773V。每個功率單元輸出有效值Ve＝641V。多重化串聯(lián)結構使用低壓器件實現(xiàn)了高壓輸出，不僅降低了對功率器件的耐壓要求，而且還使輸出波形得到了極大的改善。它對電網(wǎng)諧波污染非常小，輸入電流諧波畸變率小于4%，滿足 IEEE519-1992的諧波抑制標準；輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置；輸出波形接近正弦波，不存在輸出諧波引起的電機發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，對普通異步電機不必加輸出濾波器就可以直接使用。
2、可靠性設計
    循環(huán)風機關系整條線的生產(chǎn)，穩(wěn)定顯得至關重要，因此對可靠性的要求非常的高。為了保證設備的使用壽命，微能高壓大功率變頻器功率單元采用了冗余設計，每相功率單元采用9級串聯(lián)。 為了保證變頻器的可靠性，微能高壓大功率變頻器功率單元采用了自動旁通設計，功率單元原理見下圖所示：


    當單個功率單元故障后，變頻器會自動旁通掉該功率單元，保證系統(tǒng)的連續(xù)運行功率單元自動旁路功能可在線切掉故障單元并保證三相輸出電壓對稱，輸出電流平衡，最大限度地減小停機率，保證單元故障狀態(tài)不停機工作。同時為了保證系統(tǒng)的連續(xù)運行，整套變頻器配備有手動旁通裝置。如下圖所示：
變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接手


    動切換到工頻運行。工頻旁路由3個高壓隔離開關K1、K2、K3組成。變頻運行時，K1合，K2處于變頻位置；工頻運行時，K3合，K1、K2斷開。

成功應用
    循環(huán)風機高壓變頻器于2007年11月到現(xiàn)場，12月中旬安裝，1月送電調(diào)試，并配合生產(chǎn)進行各種動力實驗，試驗期間各種連鎖可靠，故障聲報警準確，和 DCS系統(tǒng)連接方便、控制精度高。投入生產(chǎn)運行后，通過實際生產(chǎn)期間對循環(huán)風機工頻啟動運行和變頻啟動運行的大量對比測試，循環(huán)風機采用變頻啟動運行后具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢，如下表所示：


   通過上面的數(shù)據(jù)我們不但看到了該設備不但可以每年節(jié)省70多萬元的經(jīng)濟效益，而且還具有以下優(yōu)點：
安裝簡單，即將原高壓開關柜與電動機之間插入安裝變頻器，對原有接線改動不大。
操作使用方便，變頻器操作只有簡單的開機、停機和頻率調(diào)整。
能進行無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，適用性強。
保護功能完善，故障率低，排風機啟動平穩(wěn)，啟動電流小，可靠性高。
電動機不需長期高速運行，工作電流大幅度下降，節(jié)電效果顯著。
由于變頻器取代了液耦調(diào)速，消除了機械及液壓高故障率的缺陷，設備維護費用降低。
電動機運行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。

結束語
    目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈，但關鍵還是制造成本的競爭，而拖動風機用的高壓電動機在電機中占有很大的用電比重，通過微能高壓變頻器在京蘭水泥的應用，增強了運行的安全可靠性，提高了生料磨的產(chǎn)量，又達到較好的節(jié)能效果，是水泥廠節(jié)能改造的理想設備，具有很高的推廣價值。

參考文獻：
1.《WIN-HV 使用說明書》


----摘自工控網(wǎng)