高壓交流變頻調(diào)速技術是20世紀90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術，主要用于交流電機的變頻調(diào)速，其技術和性能遠遠勝過以前采用的調(diào)速方式(如串級調(diào)速、液力耦合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子水阻調(diào)速等)。高壓變頻器以其顯著的節(jié)能效益、較高的調(diào)速精度、較寬的調(diào)速范圍、完善的保護功能、方便的通訊功能，得到了廣大用戶的認可，現(xiàn)在已經(jīng)成為企業(yè)電機節(jié)能方式的首選方案。但在2000年前后，由于當時高壓變頻器是洋品牌占壟斷地位，且大都價格不菲，所以水泥企業(yè)采用高壓變頻器的用戶并不多。隨著國產(chǎn)高壓變頻調(diào)速技術的成熟，從2005年起，山水集團在所有新建生產(chǎn)線的大功率風機類設備全部采用高壓變頻器的同時，對原有生產(chǎn)線的大功率風機類設備，也全部實施了高壓變頻器改造，共有近百臺之多，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 

　　在改造過程中，其中的高溫風機功率大，節(jié)電效果顯著，但工藝、設備狀況相對復雜一些，進行高壓變頻技術改造時，在技術方案的確定、設備選型、安裝調(diào)試等方面，我們都有一些成功的經(jīng)驗，在此作一介紹，以供同行參考。

　　1、變頻節(jié)能的技術原理    

　　建設初期，在對通風機的應用設計中，風機的功率是根據(jù)最大需求量來選擇的，存在較大的富裕量。實際生產(chǎn)中，所需的風量是不可能長久處于最大狀態(tài)的，要經(jīng)常變化，這樣就存在“大馬拉小車’’的情況，需要進行調(diào)節(jié)，而調(diào)節(jié)的方式通常都是通過調(diào)節(jié)管道匕擋板與閥門的開度來實現(xiàn)的。 

　　對離心式風機而言，流體力學有以下原理：輸出風量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力H轉(zhuǎn)速n的平方正比；輸出軸功P與轉(zhuǎn)渤的立方正比；即： 

　　當風機風量需要改變時，如采用調(diào)節(jié)風門開度的方式，則會使大量電能白白消耗在閥門阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時，當風機低于額定轉(zhuǎn)速時，理論節(jié)電為：

　　式中：  n一額定轉(zhuǎn)速；
　　n’一實際轉(zhuǎn)速；
　　P一額定轉(zhuǎn)速時電機功率；
　　T一工作時間。    

　　可見，如果通過變頻對風機進行改造，調(diào)節(jié)風  量改為通過調(diào)節(jié)速度來實現(xiàn)，具有較大的節(jié)能潛力。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。  

　　2、工況簡介     

　　回轉(zhuǎn)窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，均化好  的生料預熱后由窯尾進入到窯中，借助窯的轉(zhuǎn)動來促進料在旋窯內(nèi)攪拌，使料互相混合、接觸進行反  應，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動在窯內(nèi)向前運動，同時需要合適的氣壓及溫度，才能使煤粉有  一定的懸浮時間進行充分的燃燒，生料才能在窯內(nèi)得到很好的煅燒，形成高質(zhì)量的熟料產(chǎn)品。窯內(nèi)因  物料的堆積變化很大，所以瞬時氣壓變化頻繁。窯尾高溫風機一方面用來調(diào)整窯內(nèi)氣壓，另一方面將  回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒時產(chǎn)生的廢氣(含塵)引出，進入收塵器將灰塵進行處理后，再將廢氣排到大氣中。   

　　我集團的山東水泥廠目前有兩條新型干法生產(chǎn)  線，日產(chǎn)量分別為1700 t、2300 t，并擁有一臺7.5 MW中、低溫余熱發(fā)電機組，高溫風機電機配置為6 kV、  1 250 kW。在高溫風機的電機與風機之間，配有液力耦合器對風機進行調(diào)速，整個工藝過程主要是通過  DCS的控制來調(diào)節(jié)液力耦合器的速度，從而調(diào)整風機的風量，達到控制窯內(nèi)負壓。在生產(chǎn)中依靠風機  擋板進行風量調(diào)節(jié)。液力耦合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油液的動  量矩變化，來傳遞電動機能量并改變輸出轉(zhuǎn)速的，電動機通過液力耦合器的輸入軸拖動其主動工作輪，  對工作油進行加速，被加速的工作油再帶動液力耦合器的從動工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負載，  這樣，可以通過控制工作腔內(nèi)參與能量傳遞的工作油多少來控制輸出軸的力矩，達到控制負載的轉(zhuǎn)速的目地。因此液力耦合器也可以實現(xiàn)負載轉(zhuǎn)速無級調(diào)節(jié)。但由于液力耦合器在調(diào)節(jié)過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差  功率損耗、容積損耗、機械損耗高達10％以上，所產(chǎn)生的熱量需要油泵及冷卻水等輔助運行，故障率較  高，特別是在夏季因耦合器產(chǎn)生熱量較大，需要加入四組冷油器，用循環(huán)水強降溫，水消耗量大，資  源浪費嚴重。  

　　3、高溫風機變頻改造方案    

　　經(jīng)過對原系統(tǒng)進行統(tǒng)計，在生產(chǎn)過程中，風機擋板開度大都在80％左右，根據(jù)公式(4)可見，節(jié)電空間較大，我們決定對原系統(tǒng)進行變頻改造，將風壓控制由原來的液力耦合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)：取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調(diào)速，最后達到調(diào)整窯尾預熱器(高溫風機人口)的壓力為工況要求值；變頻器設備接人風機側(cè)高壓開關和擬改造電機之間，變頻器控制接人原有的DCS系統(tǒng)。電機、高壓斷路仍采用原有設備。 

　　為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器加裝了工頻旁路裝置，保留了原有管道上的擋板(閥門)。這樣，當變頻器發(fā)生故障時，可將電機切換至工頻狀態(tài)下運行，仍舊利用風門進行風量調(diào)節(jié)。 

　　根據(jù)負載參數(shù)及運行工況，我們?yōu)楦邷仫L機配置了HIVERT系列高壓變頻器，其主要參數(shù)為：變頻器型號HIVERT-Y06／173，隔離變壓器容量1800 kVA，旁路開關柜容量400A。

　　4、改造過程    

　　為了安裝變頻器，必須重新設計變頻器專用房。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，我們選擇在高壓配電室旁另建一變頻器專用房，此地方距高壓室較近，動力電纜敷設方便。  

　　由于現(xiàn)場灰塵較大，而變頻器為強迫風冷，設備內(nèi)空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，在房間通風設計上，設計了兩扇大面積專用進風窗，房間不另設其它窗口，基本上是密閉設計。通風窗采用專用過濾棉濾網(wǎng)，這樣使進入變頻器室內(nèi)的空氣經(jīng)過通風窗濾灰，進入變頻器室內(nèi)的灰塵大大減小。 

　　由于本變頻器功率較大，為保證足夠的通風冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨立安裝了一整體風罩，與各自的出風口連成整體，形成所謂的“風道’’，保證變頻器整體冷卻通風要求，即使在夏季高溫季節(jié)也不需要開空調(diào)進行降溫。 

　　為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至變頻器，再重新由高壓柜到變頻器敷設一根動力電纜，由于變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。 

　　變頻改造后，由于需要取消原液力耦合器，我們按照液力耦合器的連接尺寸設計制作了一套直接連接軸來代替之。連接軸的基座安裝尺寸、軸連接中心尺寸、軸徑尺寸、軸與電機及風機側(cè)的連接靠背輪均與原液力耦合器一致。安裝時，僅需將原液力耦合器拆除，將連接軸代替液力耦合器，現(xiàn)場僅作少量調(diào)整即可達到安裝要求，而不用對風機及電機作任何調(diào)整，安裝方便快捷。 

　　安裝高壓變頻器，原繞線電機對滑環(huán)進行短接，廢除原水阻啟動器，每年對碳刷及水阻啟動器和電機的維護減少，綜合成本大幅度下降，且高壓變頻器啟動時間任意可調(diào)，實現(xiàn)平滑啟動，對設備運行起到良好的保護。

　　5、變頻改造效果  

　　我公司于2006年開始將高壓變頻器應用于窯頭引風機、高溫風機、生料磨循環(huán)風機等大功率風機電機上，平均節(jié)電20％以上，取得了顯著的經(jīng)濟效益。表1為兩高溫風機安裝高壓變頻器前后的數(shù)據(jù)對比。

　　表1 1號、2號窯高溫風機采用高壓變頻前后的節(jié)能效果 

　　6、結(jié)束語     

　　我們對水泥熟料生產(chǎn)線高溫風機等大功率風機進行高壓變頻技改，在技術方案的制訂、設備選型、安裝調(diào)試等方面，有以下幾點經(jīng)驗和體會： 

　　(1)制定方案前，要充分了解生產(chǎn)工藝和操作過程，了解風量、風壓的調(diào)節(jié)方式，做好改造前各種工藝參數(shù)(臺時、風量、風壓等)、設備參數(shù)(閥門開度、運行電流等)的統(tǒng)計工作，為節(jié)能效果的估算、技術方案的制訂提供基礎數(shù)據(jù)。 

　　(2)了解運行負荷狀況和特點，確定變頻器的選型。對于水泥熟料線的高溫風機等設備，建議變頻器選用電壓源型、高．高結(jié)構(gòu)，可免除輸出升壓變壓器；對于容量選擇，可適當放大一級。 

　　(3)由于水泥行業(yè)的粉塵相對而言較大，通風窗專用過濾棉濾網(wǎng)需要經(jīng)常清理，所以建議變頻器的冷卻方式采用風一水冷方式，這樣可大大減少室內(nèi)與室外的空氣流通，既可保證室內(nèi)空氣的潔凈，又可保證變頻器所需的運行溫度。 

　　(4)實踐證明，變頻器需要工頻旁路運行的機會很少，完全可以去掉旁路裝置，節(jié)省電力室空間，減少投資，從而可進一步去掉管道內(nèi)的閥門支架，減小管道阻力。 

　　(5)采用變頻器后，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，取消了液力耦合器調(diào)速，消除了機械、液壓較高故障率的缺陷，運轉(zhuǎn)率提高、維護費用降低；電動機運行振動及噪聲明顯下降；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。