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案例頻道 摘 要：本文介紹了深圳市匯川技術股份有限公司生產的HD92高壓變頻器在云南某建材水泥有限責任公司風機中的應用情況。結果表明，實現了水泥生產線風機的高效運行，達到了節能降耗的目的。
關鍵詞：高壓變頻器 水泥 風機 節能
1引言
現場的水泥集團是云南某建材集團投資25億興建的非煤支柱產業，首期建設四條日產5000噸熟料生產線、六座年產100萬噸粉磨站。豐富的煤炭、電力等資源優勢，緊傍川、滇、貴三地交叉口等便利的交通優勢，博士、碩士、高級工程師為骨干的人才優勢，規范的企業管理，短短幾年時間就已經成長為地方水泥龍頭企業。
該集團水泥二期一條日產5000噸新型干法熟料生產線（帶余熱發電及其配套設施），該項目充分吸取一期工程中的經驗，采用了大型輥式立磨、第三代預熱器、純低溫余熱發電、變頻技術、高效除塵器等先進的節能減排技術和裝備，是代表中國水泥最高水平的節能減排應用示范線，先進的工藝裝備為公司今后優質、高產、低耗提供了有力保障，也為公司可持續發展奠定了堅實基礎。
2用戶現場設備介紹
該水泥二期5000噸/天生產線循環風機與高溫風機所有的風機電機，均采用匯川技術生產的HD92系列高壓變頻器進行控制。
現將生產線中各主要風機簡要敘述如下：
高溫風機：窯尾和熔爐內的燃燒后的高溫氣體，經過高溫風機的牽引進入五級預熱器。生料和煤粉從最上面投料，經過第一級到第五級的預熱，第五級時的煤粉和生料溫度已經很高，進入熔爐時開始劇烈燃燒。煅燒后的熔體進入回轉窯，一氧化碳和其它氣體再回到預熱器。加熱完生料和煤的高溫氣體，經過高溫風機牽引，進入余熱發電設備。余熱發電后的氣體溫度仍然比較高，被加濕器加濕降溫后，一部分進入原料立磨，另一部分進入布袋收塵器，回收再利用。
循環風機：生料磨也是立磨，磨制經過前級破碎的石灰石和其它輔助配料，磨制成合乎要求的生料粉，經過選粉機選粉，合格的生料粉隨循環風帶走，不合格的生料被重新打回生料磨重新磨制。循環風機把含有合格生料的氣體抽走，氣體進入4級旋風筒，大量的生料沉入旋風筒下部的料斗，經過皮帶運輸機輸送到生料庫。其他的含少量生料的氣體絕大部分被循環風機送入布袋收塵器。布袋收塵器回收來的生料也要送到生料器。未進入布袋收塵器的氣體被循環風機重新打回生料磨，重新循環。循環風機的作用就是把含料氣體帶走，生料過濾后，再重新循環回生料磨。
水泥生產線由于產量有時大小有變化，需要各風機的風量也要隨著產量的不同，隨時變化，需要對風機風量進行實時控制，達到控制工藝和節能降耗的目的，因此需要對各風機進行調速控制。變頻器作為電動機的調速設備，有著其他調速設備和方法無可比擬的優點。調速范圍寬，無級調速，啟動沖擊小，輸入功率因數高，提高了電纜和變壓器的帶載能力和利用率，同時降低了生產成本。相對于風門和液耦調節方式，設備運行效率更高，也符合國家節能減排政策的要求。
圖1 現場照片
生料磨循環風機電機參數如下：
高溫風機電機參數如下：
3 匯川技術HD92系列高壓變頻器技術特點
匯川HD92系列高壓變頻器以高速浮點DSP為控制核心，采用矢量控制技術、功率單元串聯多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。2011年底，匯川高壓變頻器被評為中國高壓變頻器行業明星產品。具體來說，匯川高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點：
(1)采用高速DSP+RAM+FPGA作為核心處理器，運算速度更快，控制更精準。
(2)飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接啟動。
(3)完整的工頻/變頻自動互切技術。匯川技術提供的自動旁路切換柜，不僅可實現變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態，還可實現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個轉換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。
(4)旋轉中再啟動功能。運行過程中高壓瞬時掉電3s內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。
(5) 具備突發相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。匯川變頻器在發生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發生。
(6) 節能數據實時顯示功能。HD92系列高壓變頻器的人機界面采用匯川技術自己的HMI產品實現，具備多個參數實時顯示功能，特別是可以顯示HD92高壓變頻器的節電數據。
4 匯川高壓變頻器在水泥行業應用中的主要問題與應對措施
4.1高溫風機的管道“塌料”問題導致電機過流甚至跳停問題
匯川技術作為目前國內水泥行業高壓變頻器的專業生產制造商，其研制的高壓變頻調速系統特別針對高溫風機的運行情況進行了研究分析，并提出相應的解決方案。技術研發人員經過深入應用現場，了解掌握高溫風機的不定期的尖峰負荷運行情況，總結應用經驗，推出了針對水泥生產線窯尾高溫風機的專用技術，從硬件設計、控制軟件設計等多方面，對高壓變頻器進行全方位的設計改進，有效地避免了一般高壓變頻器在運行中由于“塌料”所導致的反復跳機，為水泥企業保證生產安全性、經濟性作出了可靠保證。匯川高壓變頻器目前已在多條旋窯生產線的高溫風機得到實際應用，解決了高溫風機變頻器由于“塌料”導致的跳閘停運、生產中斷的問題，大大降低了由于高溫風機停運對生產造成的影響，取得節能、增效的巨大效益，得到用戶普遍認可。
4.2 電機在旋轉情況下啟動的問題
由于風門擋板在未關嚴或其他原因，受風機的拖動，電機處于旋轉狀態，啟動在旋轉中的電機時，匯川高壓變頻器可自動搜索跟蹤電動機轉速并按照設定加減速時間啟動電機（即飛車啟動），保證風機安全運行。
對旋轉中再啟動功能的需求，系統提供完備的參數設定功能，保證系統動作有效，保護得當，真正適應現場運行工藝要求。
4.3多種控制保證措施，保證產品可靠運行
水泥行業連續生產的性質決定了用于水泥廠的高壓變頻器需要有高可靠性，保證安全生產。水泥廠一般地處偏遠，供電質量相對不高，對設備的電網適應性問題突出。相對進口品牌高壓變頻器，匯川技術高壓變頻器拓撲結構采用功率單元串聯技術，產品對電網電壓的適應范圍寬（－65％～115％Un），單元故障自動旁路、星點漂移技術、工頻旁路、瞬時停電再啟動功能、相間短路等多項完善的保護功能技術，提高了抗電網波動和負載擾動能力，大大提高產品在水泥應用現場的可靠性。
5變頻改造控制方案
5.1方案介紹
該廠水泥高溫風機及循環風機分別采用匯川技術生產的高壓變頻器進行一拖一控制。變頻調速系統接入水泥廠現有的DCS系統，DCS根據生產的負荷情況，實現對風機風量的實時控制。通過DCS對5臺高壓變頻器運行狀態進行集中監控。變頻調速系統操作方面，有遠程控制和本地控制兩種方式，這兩種控制方式可提高系統的可靠性。
5.2變頻控制旁路柜
1800K高溫風機、3150kW循環風機旁路柜采用一拖一自動工/變頻切換方案。旁路柜在變頻器進、出線端增加了2個隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機運行于旁路時，能安全地進行變頻器的故障處理或維護工作。通過切換，可以在變頻器故障狀態下，切換到工頻狀態運行，其主回路如下圖所示：
圖 2 電氣圖
K1、K2為2個高壓隔離刀閘，K1、K2處于變頻運行回路上，KM1、KM2為變頻上電瞬間實現限流電阻切換時所用，K10為用戶工、變頻轉換改造時加的一個轉換開關。KM2與KM3采用互鎖，確保不向變頻器輸出端反送電。當變頻運行時，K10打到變頻位置，K1、K2，KM3斷開；變頻上電后，通過內部程序KM1會自動吸合將限流電阻引入主回路以消除大電流沖擊，上電3S后，KM2吸合（或手動控制合閘）。當工頻運行時，K1、K2斷開，KM3閉合，K10打到工頻位置，實現原來的串電阻啟動方式。
這是高壓變頻器工變頻手動切換的典型應用。
6變頻改造后設備節能情況
為了對比變頻改造節能情況，基本相同產量下，工頻、變頻相應的運行數據進行了統計，現將部分數據分析整理如下。
6.1 設備概況水泥生產線風機及選用高壓變頻器設備表
相同產量情況下運行數據對比
圖3 應用照片
7結束語
目前，水泥行業的競爭非常激烈，但關鍵還是制造成本的競爭。電動機電耗占成本近30％，因此做好電動機的降耗增效工作就顯得尤為重要。從該廠水泥5000t/d生產線風機變頻改造使用效果看，高壓變頻器系統運行穩定，維護量小，節能效果顯著，為用戶的正常生產和節能降耗做出了貢獻。高壓變頻調速器節能技術目前已經比較成熟，是水泥廠節能改造的理想手段，具有很高的推廣價值。
深圳市匯川技術股份有限公司專注于工業自動化控制產品的研發、生產和銷售，定位服務于中高端設備制造商，以擁有自主知識產權的工業自動化控制技術為基礎，以快速為客戶提供個性化的解決方案為主要經營模式，實現企業價值與客戶價值共同成長。匯川在全國擁有66個辦事處，236家授權代理商，90家全國聯保中心。欲進一步了解匯川，請訪問 www.inovance.cn。
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