1引言

現(xiàn)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(chǎn)業(yè)，s*期建設(shè)四條日產(chǎn)5000噸熟料生產(chǎn)線、六座年產(chǎn)100萬噸粉磨站。豐富的煤炭、電力等資源優(yōu)勢，緊傍川、滇、貴三地交叉口等便利的交通優(yōu)勢，博士、碩士、高級工程師為骨干的人才優(yōu)勢，規(guī)范的企業(yè)管理，短短幾年時間就已經(jīng)成長為地方水泥龍頭企業(yè)。

該集團水泥二期一條日產(chǎn)5000噸新型干法熟料生產(chǎn)線(帶余熱發(fā)電及其配套設(shè)施)，該項目充分吸取一期工程中的經(jīng)驗，采用了大型輥式立磨、第三代預(yù)熱器、純低溫余熱發(fā)電、變頻技術(shù)、高效除塵器等先進的節(jié)能減排技術(shù)和裝備，是代表中國水泥z*高水平的節(jié)能減排應(yīng)用示范線，先進的工藝裝備為公司今后優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗提供了有力保障，也為公司可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

2用戶現(xiàn)場設(shè)備介紹

該水泥二期5000噸/天生產(chǎn)線循環(huán)風(fēng)機與高溫風(fēng)機所有的風(fēng)機電機，均采用匯川技術(shù)生產(chǎn)的HD92系列高壓變頻器進行控制。

現(xiàn)將生產(chǎn)線中各主要風(fēng)機簡要敘述如下：

高溫風(fēng)機：窯尾和熔爐內(nèi)的燃燒后的高溫氣體，經(jīng)過高溫風(fēng)機的牽引進入五級預(yù)熱器。生料和煤粉從z*上面投料，經(jīng)過第一級到第五級的預(yù)熱，第五級時的煤粉和生料溫度已經(jīng)很高，進入熔爐時開始劇烈燃燒。煅燒后的熔體進入回轉(zhuǎn)窯，一氧化碳和其它氣體再回到預(yù)熱器。加熱完生料和煤的高溫氣體，經(jīng)過高溫風(fēng)機牽引，進入余熱發(fā)電設(shè)備。余熱發(fā)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(huán)風(fēng)機：生料磨也是立磨，磨制經(jīng)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(jīng)過選粉機選粉，合格的生料粉隨循環(huán)風(fēng)帶走，不合格的生料被重新打回生料磨重新磨制。循環(huán)風(fēng)機把含有合格生料的氣體抽走，氣體進入4級旋風(fēng)筒，大量的生料沉入旋風(fēng)筒下部的料斗，經(jīng)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(huán)風(fēng)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(huán)風(fēng)機重新打回生料磨，重新循環(huán)。循環(huán)風(fēng)機的作用就是把含料氣體帶走，生料過濾后，再重新循環(huán)回生料磨。

水泥生產(chǎn)線由于產(chǎn)量有時大小有變化，需要各風(fēng)機的風(fēng)量也要隨著產(chǎn)量的不同，隨時變化，需要對風(fēng)機風(fēng)量進行實時控制，達到控制工藝和節(jié)能降耗的目的，因此需要對各風(fēng)機進行調(diào)速控制。變頻器作為電動機的調(diào)速設(shè)備，有著其他調(diào)速設(shè)備和方法無可比擬的優(yōu)點。調(diào)速范圍寬，無級調(diào)速，啟動沖擊小，輸入功率因數(shù)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(chǎn)成本。相對于風(fēng)門和液耦調(diào)節(jié)方式，設(shè)備運行效率更高，也符合國家節(jié)能減排政策的要求。

圖1 現(xiàn)場照片

生料磨循環(huán)風(fēng)機電機參數(shù)如下：

電機型號	YRKK900-6
額定功率	3150KW
額定電壓	10KV
額定電流	221A

高溫風(fēng)機電機參數(shù)如下：

電機型號	YRKK500-6
額定功率	1800KW
額定電壓	10KV
額定電流	128.3A

3 匯川技術(shù)HD92系列高壓變頻器技術(shù)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(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEE519-1992的諧波國家標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)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(yè)明星產(chǎn)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(zhǔn)。

(2)飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉(zhuǎn)的情況下直接啟動。

(3)完整的工頻/變頻自動互切技術(shù)。匯川技術(shù)提供的自動旁路切換柜，不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運行狀態(tài)，還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運行的功能，整個轉(zhuǎn)換過程不會對用戶設(shè)備的運行造成任何影響。

(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動功能。運行過程中高壓瞬時掉電3s內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機，高壓恢復(fù)后變頻自動運行到掉電前的頻率。

(5) 具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設(shè)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(dǎo)致重大事故。匯川變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生。

(6) 節(jié)能數(shù)據(jù)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(shù)自己的HMI產(chǎn)品實現(xiàn)，具備多個參數(shù)實時顯示功能，特別是可以顯示HD92高壓變頻器的節(jié)電數(shù)據(jù)。

4 匯川高壓變頻器在水泥行業(yè)應(yīng)用中的主要問題與應(yīng)對措施

4.1高溫風(fēng)機的管道“塌料”問題導(dǎo)致電機過流甚至跳停問題

匯川技術(shù)作為目前國內(nèi)水泥行業(yè)高壓變頻器的專業(yè)生產(chǎn)制造商，其研制的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)特別針對高溫風(fēng)機的運行情況進行了研究分析，并提出相應(yīng)的解決方案。技術(shù)研發(fā)人員經(jīng)過深入應(yīng)用現(xiàn)場，了解掌握高溫風(fēng)機的不定期的尖峰負(fù)荷運行情況，總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗，推出了針對水泥生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機的專用技術(shù)，從硬件設(shè)計、控制軟件設(shè)計等多方面，對高壓變頻器進行全方位的設(shè)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(dǎo)致的反復(fù)跳機，為水泥企業(yè)保證生產(chǎn)安全性、經(jīng)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(chǎn)線的高溫風(fēng)機得到實際應(yīng)用，解決了高溫風(fēng)機變頻器由于“塌料”導(dǎo)致的跳閘停運、生產(chǎn)中斷的問題，大大降低了由于高溫風(fēng)機停運對生產(chǎn)造成的影響，取得節(jié)能、增效的巨大效益，得到用戶普遍認(rèn)可。

4.2 電機在旋轉(zhuǎn)情況下啟動的問題

由于風(fēng)門擋板在未關(guān)嚴(yán)或其他原因，受風(fēng)機的拖動，電機處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，啟動在旋轉(zhuǎn)中的電機時，匯川高壓變頻器可自動搜索跟蹤電動機轉(zhuǎn)速并按照設(shè)定加減速時間啟動電機(即飛車啟動)，保證風(fēng)機安全運行。

對旋轉(zhuǎn)中再啟動功能的需求，系統(tǒng)提供完備的參數(shù)設(shè)定功能，保證系統(tǒng)動作有效，保護得當(dāng)，真正適應(yīng)現(xiàn)場運行工藝要求。

4.3多種控制保證措施，保證產(chǎn)品可靠運行

水泥行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的性質(zhì)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(chǎn)。水泥廠一般地處偏遠(yuǎn)，供電質(zhì)量相對不高，對設(shè)備的電網(wǎng)適應(yīng)性問題突出。相對進口品牌高壓變頻器，匯川技術(shù)高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用功率單元串聯(lián)技術(shù)，產(chǎn)品對電網(wǎng)電壓的適應(yīng)范圍寬(-65%～115%Un)，單元故障自動旁路、星點漂移技術(shù)、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(shù)，提高了抗電網(wǎng)波動和負(fù)載擾動能力，大大提高產(chǎn)品在水泥應(yīng)用現(xiàn)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(fēng)機及循環(huán)風(fēng)機分別采用匯川技術(shù)生產(chǎn)的高壓變頻器進行一拖一控制。變頻調(diào)速系統(tǒng)接入水泥廠現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，DCS根據(jù)生產(chǎn)的負(fù)荷情況，實現(xiàn)對風(fēng)機風(fēng)量的實時控制。通過DCS對5臺高壓變頻器運行狀態(tài)進行集中監(jiān)控。變頻調(diào)速系統(tǒng)操作方面，有遠(yuǎn)程控制和本地控制兩種方式，這兩種控制方式可提高系統(tǒng)的可靠性。

5.2變頻控制旁路柜

1800K高溫風(fēng)機、3150kW循環(huán)風(fēng)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(tài)下，切換到工頻狀態(tài)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(xiàn)限流電阻切換時所用，K10為用戶工、變頻轉(zhuǎn)換改造時加的一個轉(zhuǎn)換開關(guān)。KM2與KM3采用互鎖，確保不向變頻器輸出端反送電。當(dāng)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(nèi)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(dāng)工頻運行時，K1、K2斷開，KM3閉合，K10打到工頻位置，實現(xiàn)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(yīng)用。

6變頻改造后設(shè)備節(jié)能情況

為了對比變頻改造節(jié)能情況，基本相同產(chǎn)量下，工頻、變頻相應(yīng)的運行數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，現(xiàn)將部分?jǐn)?shù)據(jù)分析整理如下。

6.1 設(shè)備概況水泥生產(chǎn)線風(fēng)機及選用高壓變頻器設(shè)備表

風(fēng)機	額定電流	變頻器型號
1800KW   10KW	128.3A	HD92-J100/2250-DN
3150KW  10KV	221	HD92-J100/4000-DN

相同產(chǎn)量情況下運行數(shù)據(jù)對比

	高溫風(fēng)機	循環(huán)風(fēng)機
輸入電壓	10.1KV	10.1
工頻輸入電流	100A	170.5
變頻輸入電流	58A	83.5
節(jié)電量/小時	444.4KW	1263.2KW

圖3 應(yīng)用照片

7結(jié)束語

目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈，但關(guān)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(chǎn)線風(fēng)機變頻改造使用效果看，高壓變頻器系統(tǒng)運行穩(wěn)定，維護量小，節(jié)能效果顯著，為用戶的正常生產(chǎn)和節(jié)能降耗做出了貢獻。高壓變頻調(diào)速器節(jié)能技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，是水泥廠節(jié)能改造的理想手段，具有很高的推廣價值。