1引言

現(xiàn)場(chǎng)的水泥集團(tuán)是云南某建材集團(tuán)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(wàn)噸粉磨站。豐富的煤炭、電力等資源優(yōu)勢(shì)，緊傍川、滇、貴三地交叉口等便利的交通優(yōu)勢(shì)，博士、碩士、高級(jí)工程師為骨干的人才優(yōu)勢(shì)，規(guī)范的企業(yè)管理，短短幾年時(shí)間就已經(jīng)成長(zhǎng)為地方水泥龍頭企業(yè)。

該集團(tuán)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(xiàng)目充分吸取一期工程中的經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)的節(jié)能減排技術(shù)和裝備，是代表中國(guó)水泥z*高水平的節(jié)能減排應(yīng)用示范線，先進(jìn)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2用戶現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備介紹

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

現(xiàn)將生產(chǎn)線中各主要風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)要敘述如下：

高溫風(fēng)機(jī)：窯尾和熔爐內(nèi)的燃燒后的高溫氣體，經(jīng)過(guò)高溫風(fēng)機(jī)的牽引進(jìn)入五級(jí)預(yù)熱器。生料和煤粉從z*上面投料，經(jīng)過(guò)第一級(jí)到第五級(jí)的預(yù)熱，第五級(jí)時(shí)的煤粉和生料溫度已經(jīng)很高，進(jìn)入熔爐時(shí)開(kāi)始劇烈燃燒。煅燒后的熔體進(jìn)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(guò)高溫風(fēng)機(jī)牽引，進(jìn)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(jìn)入原料立磨，另一部分進(jìn)入布袋收塵器，回收再利用。

循環(huán)風(fēng)機(jī)：生料磨也是立磨，磨制經(jīng)過(guò)前級(jí)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(guò)選粉機(jī)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(jī)把含有合格生料的氣體抽走，氣體進(jìn)入4級(jí)旋風(fēng)筒，大量的生料沉入旋風(fēng)筒下部的料斗，經(jīng)過(guò)皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送到生料庫(kù)。其他的含少量生料的氣體絕大部分被循環(huán)風(fēng)機(jī)送入布袋收塵器。布袋收塵器回收來(lái)的生料也要送到生料器。未進(jìn)入布袋收塵器的氣體被循環(huán)風(fēng)機(jī)重新打回生料磨，重新循環(huán)。循環(huán)風(fēng)機(jī)的作用就是把含料氣體帶走，生料過(guò)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(shí)大小有變化，需要各風(fēng)機(jī)的風(fēng)量也要隨著產(chǎn)量的不同，隨時(shí)變化，需要對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，達(dá)到控制工藝和節(jié)能降耗的目的，因此需要對(duì)各風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。變頻器作為電動(dòng)機(jī)的調(diào)速設(shè)備，有著其他調(diào)速設(shè)備和方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。調(diào)速范圍寬，無(wú)級(jí)調(diào)速，啟動(dòng)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(shí)降低了生產(chǎn)成本。相對(duì)于風(fēng)門(mén)和液耦調(diào)節(jié)方式，設(shè)備運(yùn)行效率更高，也符合國(guó)家節(jié)能減排政策的要求。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)照片

生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)如下：

電機(jī)型號(hào)	YRKK900-6
額定功率	3150KW
額定電壓	10KV
額定電流	221A

高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)如下：

電機(jī)型號(hào)	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(diǎn)

匯川HD92系列高壓變頻器以高速浮點(diǎn)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(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)。2011年底，匯川高壓變頻器被評(píng)為中國(guó)高壓變頻器行業(yè)明星產(chǎn)品。具體來(lái)說(shuō)，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(diǎn)：

(1)采用高速DSP+RAM+FPGA作為核心處理器，運(yùn)算速度更快，控制更精準(zhǔn)。

(2)飛車(chē)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)的情況下直接啟動(dòng)。

(3)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)。匯川技術(shù)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) 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。匯川變頻器在發(fā)生類(lèi)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。

(6) 節(jié)能數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示功能。HD92系列高壓變頻器的人機(jī)界面采用匯川技術(shù)自己的HMI產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，具備多個(gè)參數(shù)實(shí)時(shí)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(wèn)題與應(yīng)對(duì)措施

4.1高溫風(fēng)機(jī)的管道“塌料”問(wèn)題導(dǎo)致電機(jī)過(guò)流甚至跳停問(wèn)題

匯川技術(shù)作為目前國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)高壓變頻器的專(zhuān)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(duì)高溫風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)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(guò)深入應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，了解掌握高溫風(fēng)機(jī)的不定期的尖峰負(fù)荷運(yùn)行情況，總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，推出了針對(duì)水泥生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機(jī)的專(zhuān)用技術(shù)，從硬件設(shè)計(jì)、控制軟件設(shè)計(jì)等多方面，對(duì)高壓變頻器進(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)改進(jìn)，有效地避免了一般高壓變頻器在運(yùn)行中由于“塌料”所導(dǎo)致的反復(fù)跳機(jī)，為水泥企業(yè)保證生產(chǎn)安全性、經(jīng)濟(jì)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(jī)得到實(shí)際應(yīng)用，解決了高溫風(fēng)機(jī)變頻器由于“塌料”導(dǎo)致的跳閘停運(yùn)、生產(chǎn)中斷的問(wèn)題，大大降低了由于高溫風(fēng)機(jī)停運(yùn)對(duì)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(jī)在旋轉(zhuǎn)情況下啟動(dòng)的問(wèn)題

由于風(fēng)門(mén)擋板在未關(guān)嚴(yán)或其他原因，受風(fēng)機(jī)的拖動(dòng)，電機(jī)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，啟動(dòng)在旋轉(zhuǎn)中的電機(jī)時(shí)，匯川高壓變頻器可自動(dòng)搜索跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并按照設(shè)定加減速時(shí)間啟動(dòng)電機(jī)(即飛車(chē)啟動(dòng))，保證風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行。

對(duì)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)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(dòng)作有效，保護(hù)得當(dāng)，真正適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工藝要求。

4.3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(duì)不高，對(duì)設(shè)備的電網(wǎng)適應(yīng)性問(wèn)題突出。相對(duì)進(jìn)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(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、星點(diǎn)漂移技術(shù)、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變頻改造控制方案

5.1方案介紹

該廠水泥高溫風(fēng)機(jī)及循環(huán)風(fēng)機(jī)分別采用匯川技術(shù)生產(chǎn)的高壓變頻器進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的實(shí)時(shí)控制。通過(guò)DCS對(duì)5臺(tái)高壓變頻器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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(jī)、3150kW循環(huán)風(fēng)機(jī)旁路柜采用一拖一自動(dòng)工/變頻切換方案。旁路柜在變頻器進(jìn)、出線端增加了2個(gè)隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機(jī)運(yùn)行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護(hù)工作。通過(guò)切換，可以在變頻器故障狀態(tài)下，切換到工頻狀態(tài)運(yùn)行，其主回路如下圖所示：

圖 2 電氣圖

K1、K2為2個(gè)高壓隔離刀閘，K1、K2處于變頻運(yùn)行回路上，KM1、KM2為變頻上電瞬間實(shí)現(xiàn)限流電阻切換時(shí)所用，K10為用戶工、變頻轉(zhuǎn)換改造時(shí)加的一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)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(yùn)行時(shí)，K10打到變頻位置，K1、K2，KM3斷開(kāi);變頻上電后，通過(guò)內(nèi)部程序KM1會(huì)自動(dòng)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(dòng)控制合閘)。當(dāng)工頻運(yùn)行時(shí)，K1、K2斷開(kāi)，KM3閉合，K10打到工頻位置，實(shí)現(xiàn)原來(lái)的串電阻啟動(dòng)方式。

這是高壓變頻器工變頻手動(dòng)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(duì)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(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，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(jī)及選用高壓變頻器設(shè)備表

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

相同產(chǎn)量情況下運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

	高溫風(fēng)機(jī)	循環(huán)風(fēng)機(jī)
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(shí)	444.4KW	1263.2KW

圖3 應(yīng)用照片

7結(jié)束語(yǔ)

目前，水泥行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，但關(guān)鍵還是制造成本的競(jìng)爭(zhēng)。電動(dòng)機(jī)電耗占成本近30%，因此做好電動(dòng)機(jī)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(jī)變頻改造使用效果看，高壓變頻器系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)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(xiàn)。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(jià)值。