1前言
福建春馳集團(tuán)是福建省大型水泥骨干企業(yè),，創(chuàng)建于1993年，公司擁有兩條年產(chǎn)75萬(wàn)噸新型干法旋窯熟料水泥生產(chǎn)線和一條年產(chǎn)50萬(wàn)噸旋窯水泥熟料生產(chǎn)線,。水泥廠1#,、2#除塵風(fēng)機(jī)采用異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，原來(lái)的電機(jī)運(yùn)行方式為全速運(yùn)行,，風(fēng)量調(diào)節(jié)采用擋板控制開(kāi)度,，擋板調(diào)節(jié)存在的如下問(wèn)題：
（1）大量的能量損耗在擋板的截流過(guò)程中。
（2）空氣對(duì)擋板閥門和管道沖擊較大,，設(shè)備損壞嚴(yán)重,。
（3）擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動(dòng)執(zhí)行器，不能適應(yīng)長(zhǎng)期頻繁調(diào)節(jié),。
（4）擋板調(diào)節(jié)線性度差,，調(diào)節(jié)比較困難，且操作不當(dāng)會(huì)造成風(fēng)機(jī)震動(dòng),。
采用變頻調(diào)速后,，風(fēng)門全部打開(kāi)，降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,，使風(fēng)機(jī)處于高效運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)能效果最佳,。變頻器還具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),，對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械負(fù)載的沖擊大大減小，延長(zhǎng)了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的壽命,。
（2）降低了軸承和密封的損壞,，減少了維護(hù)工作量。
（3）采用變頻調(diào)速,，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方便,，利用調(diào)節(jié)器4～20mA電流信號(hào)，變頻器可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,，線性度較好,，風(fēng)量調(diào)節(jié)平穩(wěn)。
水泥廠領(lǐng)導(dǎo)決心對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造,，考慮到國(guó)產(chǎn)高壓變頻器設(shè)備水平已接近國(guó)際水平,，能滿足運(yùn)行要求，公司公開(kāi)招標(biāo),，進(jìn)行性價(jià)比比較,，結(jié)果山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-280F型高壓變頻調(diào)速器勝出,。
2現(xiàn)場(chǎng)除塵風(fēng)機(jī)及電機(jī)參數(shù)
現(xiàn)場(chǎng)1#、2#除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)相同,，下面表1給出1#除塵風(fēng)機(jī)基本參數(shù),。
表1為現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)參數(shù)，表2為風(fēng)機(jī)參數(shù),。
表1 電機(jī)參數(shù)

負(fù)載名稱
1#除塵風(fēng)機(jī)
所帶負(fù)載類型
離心風(fēng)機(jī)

型號(hào)
YKK450-10
額定電壓（V）
6000

額定電流(A)
35.6
額定功率(kW)
280

額定頻率（Hz）
50
功率因數(shù)
0.81

額定轉(zhuǎn)速(rpm)
593
絕緣等級(jí)
F

生產(chǎn)廠商
蘭州電機(jī)有限責(zé)任公司



表2 風(fēng)機(jī)參數(shù)

型號(hào)
XY46-SY2500D
額定風(fēng)壓（Pa）
1800

額定風(fēng)量（m3/h）
330000
額定轉(zhuǎn)速(rpm)
590

額定功率(kW)
280
氣體溫度（℃）
230

生產(chǎn)廠商
浙江義烏星耀風(fēng)機(jī)有限公司

3山東新風(fēng)光電子JD-BP37系列高壓變頻器突出特點(diǎn)
風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心,，采用無(wú)速度矢量控制技術(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(guó)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(bǔ)償裝置和輸出濾波器,；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),、噪音、輸出dv/dt,、共模電壓等問(wèn)題,，可以使用普通的異步電機(jī)。產(chǎn)品2003年被列為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品,，高壓提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)2005年被列為國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目,，獲科技部中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目資助。2007年,，高壓變頻器被評(píng)為中國(guó)名牌產(chǎn)品,，是國(guó)內(nèi)高壓變頻器行業(yè)為數(shù)不多的兩個(gè)名牌產(chǎn)品之一。具體來(lái)說(shuō),，風(fēng)光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(diǎn)：
(1)采用高速DSP作為中央處理器，運(yùn)算速度更快,，控制更精準(zhǔn),。
(2)飛車啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng),。
(3)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)?，F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行,，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式,，手動(dòng)旁路需人工操作，適應(yīng)于無(wú)備用裝置或不重要的運(yùn)行工況,，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行,。公司提供的自動(dòng)旁路切換柜,，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能,，整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響,。
(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。運(yùn)行過(guò)程中高壓瞬時(shí)掉電3s內(nèi)恢復(fù),，高壓變頻器不停機(jī),，高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。
(5)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）,。變頻器某相有單元故障后,，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓,，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調(diào)整相與相之間的夾角,，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。
(6)單元直流電壓檢測(cè)：實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的直流電壓,，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制,，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度,，提升系統(tǒng)控制性能,，并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。
(7)單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù),，可以將其使用壽命提高1倍,。
(8) 通過(guò)控制器可實(shí)現(xiàn)對(duì)各單元直流濾波電容壽命的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)在年檢中對(duì)單元電解電容器進(jìn)行檢測(cè),，根據(jù)出廠時(shí)電解電容器的特性的比較與趨勢(shì),，可得出對(duì)電解電容器壽命的猜測(cè)，提前預(yù)知電解電容器是否可繼續(xù)運(yùn)行,，避免由于電容器運(yùn)行出現(xiàn)非預(yù)期的系統(tǒng)故障,，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)功率單元設(shè)備狀況的及時(shí)把握,。
(9) 散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結(jié)構(gòu)，IGBT承受的電壓較低,，可以有較寬的過(guò)壓范圍(≥1.15Ue),，設(shè)備可靠性更高。
(10) 具有雙路控制電源,，一路為經(jīng)干式變壓器變壓后的電源,，一路為外部控制電源，這樣在調(diào)試過(guò)程中,，無(wú)需加入高壓主電源,，就可以檢測(cè)輸出波形的正常與否,。對(duì)于在現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試以及人員培訓(xùn)很方便，大大提高了安全性,。
(11)具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能,。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能,，將會(huì)導(dǎo)致重大事故,。變頻器在發(fā)生類似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害,，避免事故的發(fā)生,。
(12)限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過(guò)設(shè)定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出,，避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負(fù)載突然變化而引起的過(guò)流保護(hù),，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。
(13) 故障自復(fù)位功能：當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變?cè)斐蓡卧蚴钦麢C(jī)過(guò)電流保護(hù)時(shí),，可自動(dòng)復(fù)位,，繼續(xù)運(yùn)行。
4改造方案
4.1實(shí)施過(guò)程
根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)要求,，采用兩臺(tái)高壓變頻器分別對(duì)1#,、2#除塵風(fēng)機(jī)一拖一控制，采用手動(dòng)工頻旁路方案,，以1#除塵風(fēng)機(jī)變頻改造方案為例說(shuō)明,，主回路如下圖1所示：

K0 用戶原高壓開(kāi)關(guān)
K1、K2和K3 變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜高壓隔離開(kāi)關(guān)
BPQ JD-BP37-280F高壓變頻器
M 高壓電動(dòng)機(jī)
變頻器控制除塵風(fēng)機(jī)為一拖一控制,，旁路開(kāi)關(guān)柜用于工/變頻切換,。K1，K2和K3為三個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān),，要求K2和K3不能同時(shí)閉合,，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。K2斷開(kāi),，K1和K3閉合,，窯頭風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；K1和K3斷開(kāi),，K2閉合,，除塵風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。
1#除塵風(fēng)機(jī)高壓變頻器現(xiàn)場(chǎng)照片設(shè)備如圖2所示,。

4.2變頻器具有多種控制方式
該設(shè)備有三種控制方式 ：
（1）以壓力,、流量為控制對(duì)象的閉環(huán)控制：以輸入的4～20mA模擬量值為控制依據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
（2）以轉(zhuǎn)速為控制對(duì)象的開(kāi)環(huán)控制：該方式在遠(yuǎn)程操作（DCS或遠(yuǎn)程操作箱上操作）用戶可根據(jù)工況條件自設(shè)定轉(zhuǎn)速,，變頻器以該轉(zhuǎn)速為控制值,，該方式下頻率的變化依據(jù)用戶輸入的模擬量，4mA對(duì)應(yīng)0轉(zhuǎn)速,，20mA對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)速,。
（3）以頻率為控制對(duì)象的開(kāi)環(huán)控制：該方式在就地操作（設(shè)備本體上操作）直接從觸摸屏上設(shè)置輸出頻率，變頻器以該頻率為控制目標(biāo)值,。
以上三種控制方式用戶可通過(guò)人機(jī)界面（觸摸屏）設(shè)置,，滿足不同的工況要求。
4.3 現(xiàn)場(chǎng)DCS控制
本系統(tǒng)選用以轉(zhuǎn)速為控制對(duì)象的開(kāi)環(huán)控制：該方式在遠(yuǎn)程操作（DCS上操作）用戶可根據(jù)工況條件自設(shè)定轉(zhuǎn)速,，變頻器以該轉(zhuǎn)速為控制值,，該方式下頻率的變化依據(jù)用戶輸入的模擬量，4mA對(duì)應(yīng)0轉(zhuǎn)速,，20mA對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)速,。

如圖3所示，DCS系統(tǒng)輸出 4～20mA電流信號(hào)控制JD-BP37高壓變頻器的運(yùn)行頻率,， 來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速,。 JD-BP37高壓變頻器反饋4～20mA電流信號(hào)指示JD-BP37高壓變頻器的輸出頻率、輸出電流,。JD-BP37高壓變頻器同時(shí)接收DCS控制系統(tǒng)的啟動(dòng),、停止、急停,、復(fù)位控制信號(hào),，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。
當(dāng)JD-BP37高壓變頻器故障時(shí),，系統(tǒng)輸出故障停機(jī)和報(bào)警信息,，用于提示用戶啟動(dòng)故障處理措施，同時(shí)JD-BP37高壓變頻器將信號(hào)發(fā)送給DCS,，在DCS系統(tǒng)上顯示故障,，以便于及時(shí)的排除故障。如果系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況,，DCS監(jiān)視人員立即點(diǎn)擊變頻器緊急停止按鈕,，此時(shí)變頻器立即封鎖輸出，并及時(shí)跳開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)6kV開(kāi)關(guān),。
為保證JD-BP37高壓變頻器操作的安全性,，需從改造電機(jī)的進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜把斷路器的狀態(tài)信號(hào)接入JD-BP37高壓變頻器,。 JD-BP37高壓變頻器輸出的故障跳閘信號(hào)接入斷路器的分閘回路,，連跳高壓信號(hào)接入安全回路，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)及時(shí)跳開(kāi)斷路器保護(hù)JD-BP37高壓變頻器及電機(jī)。
4.4多種控制保證措施,，保證產(chǎn)品可靠運(yùn)行
水泥行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的性質(zhì)決定了用于水泥廠用的高壓變頻器需要有很高的可靠性,，保證安全生產(chǎn)。水泥廠一般地處偏遠(yuǎn),，供電質(zhì)量相對(duì)不高,，對(duì)設(shè)備的電網(wǎng)適應(yīng)性問(wèn)題突出。相對(duì)適應(yīng)進(jìn)口品牌高壓變頻器,，風(fēng)光牌高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用功率單元串聯(lián)技術(shù)方案,，產(chǎn)品具有對(duì)電網(wǎng)電壓的適應(yīng)范圍寬（－65％～115％Un），單元故障自動(dòng)旁路,、工頻旁路,、瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能、相間短路等多項(xiàng)完善的保護(hù)功能技術(shù),，提高了抗電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)能力,，大大提高產(chǎn)品在水泥應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的可靠性。
5 節(jié)能效果分析
2009年9月24日,，變頻器正式投入運(yùn)行,，至今運(yùn)行良好。為了對(duì)水泥廠1#,、2#除塵風(fēng)機(jī)節(jié)能效果統(tǒng)計(jì)分析,，以1#除塵風(fēng)機(jī)為例計(jì)算說(shuō)明。在用戶正常生產(chǎn)相同的情況下,，選取1#除塵風(fēng)機(jī)變頻改造前6月10日至6月19日工頻運(yùn)行情況,，變頻改造后選取10月15日至10月24日，統(tǒng)計(jì)對(duì)比情況如下表3所示,。
表3 1#除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行效果統(tǒng)計(jì)對(duì)比表

序號(hào)
變頻改造前運(yùn)行情況
變頻改造后運(yùn)行情況


時(shí)間
運(yùn)行電流
時(shí)間
輸入電流
輸出電流
運(yùn)行頻率

1
09.6.10
33.4A
09.10.15
13.1A
21.0A
39.10Hz

2
09.6.11
32.5A
09.10.16
25.0A
34.0A
49.00Hz

3
09.6.12
33.5A
09.10.17
9.1 A
16.9 A
34.50 Hz

4
09.6.13
32.8A
09.10.18
15.4 A
24.4A
40.60Hz

5
09.6.14
33.0A
09.10.19
14.6A
23.5 A
39.80Hz

6
09.6.15
32.9A
09.10.20
18.0 A
25.6 A
41.60Hz

7
09.6.16
33.4A
09.10.21
15.2 A
24.2 A
40.40Hz

8
09.6.17
33.5A
09.10.22
15.6 A
24.6 A
41.00Hz

9
09.6.18
32.1A
09.10.23
16.0 A
30.0A
41.00Hz

10
09.6.19
32.9A
09.10.24
19 .0A
26.0 A
42.00Hz

改造前平均運(yùn)行電流：33.0 A,，功率因數(shù)0.78
改造后平均輸入運(yùn)行電流：16.1 A，功率因數(shù)0.96

結(jié) 果
通過(guò)10天性能考核分析：
工頻平均每小時(shí)運(yùn)行功率計(jì)算：
P工頻=1.732×6.20kV×33.0A×0.78=276.41 kW
變頻平均每小時(shí)運(yùn)行功率計(jì)算：
P變頻=1.732×6.22 kV×16.1A×0.96=166.51 kW
一年按300天計(jì)算,，年節(jié)約電量：
（276.41 kW—166.51kW）×24h×300天=79.13萬(wàn) kW·h,。
每度電按0.32元計(jì)算，一臺(tái)高壓變頻器年可節(jié)約電費(fèi)：
79.13萬(wàn) kW·h×0.32元=25.32萬(wàn)元,。

6結(jié) 論
山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司型號(hào)為JD-BP37-280F型高壓變頻器在福建春馳集團(tuán)新豐水泥公司從投運(yùn)運(yùn)行至今,，其性能穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯,，可以根據(jù)生產(chǎn)的用風(fēng)情況進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié),，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
在水泥廠除塵風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻器能節(jié)能降耗,，是國(guó)家大力提倡節(jié)能降耗政策不可缺少的技術(shù)手段,。根據(jù)高壓變頻器的性能及工作原理,，可以廣泛地應(yīng)用在電力、冶金,、石化,、水泥、礦山等需要用到高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)行業(yè),。