湖北三環(huán)高壓變頻器在水泥廠原料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

1、湖北三環(huán)高壓變頻器在水泥廠原料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用    一、前言目前，隨著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，生產(chǎn)成本的高低決定了企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的地位，特別是水泥生產(chǎn)企業(yè)，很大一部分花在能耗上，降低水泥生產(chǎn)過(guò)程中的電能消耗越來(lái)越引起了業(yè)界的重視.在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)被大量的采用于工藝流程上，而風(fēng)機(jī)負(fù)載耗電量較大，起動(dòng)電流較高，同時(shí)用電動(dòng)閥門、擋風(fēng)板等裝置來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，在風(fēng)道系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為滿足生產(chǎn)環(huán)境的最大要求，必須留有余量，因此風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和壓力往往偏大，功率的偏大設(shè)計(jì)一、前言        目前，隨著

2、企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，生產(chǎn)成本的高低決定了企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的地位，特別是水泥生產(chǎn)企業(yè)，很大一部分花在能耗上，降低水泥生產(chǎn)過(guò)程中的電能消耗越來(lái)越引起了業(yè)界的重視.在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)被大量的采用于工藝流程上，而風(fēng)機(jī)負(fù)載耗電量較大，起動(dòng)電流較高，同時(shí)用電動(dòng)閥門、擋風(fēng)板等裝置來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，在風(fēng)道系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為滿足生產(chǎn)環(huán)境的最大要求，必須留有余量，因此風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和壓力往往偏大，功率的偏大設(shè)計(jì)必然造成能量的浪費(fèi)。很多的風(fēng)機(jī)有3070%的能量是消耗在調(diào)節(jié)閥的壓降上的，不僅造成電能的浪費(fèi)，工作效率低，而且開(kāi)動(dòng)閥門時(shí)，還發(fā)出嘯聲和振動(dòng)，經(jīng)常發(fā)生事故。     &#

3、160; 變頻調(diào)速技術(shù)作為一種先進(jìn)的電機(jī)調(diào)速方式，其優(yōu)異的性能以及帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益早已為人們所知。近幾年來(lái)變頻技術(shù)的出現(xiàn)，徹底改變了這一狀況，實(shí)踐證明在風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)中接入變頻系統(tǒng)，利用變頻技術(shù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量和壓力的變化用來(lái)取代閥門控制風(fēng)量，能取得明顯的節(jié)能效果。本文就SH-HVF系列高壓變頻器在華新金貓水泥（蘇州）有限公司中應(yīng)用進(jìn)行分析總結(jié)。二、變頻器節(jié)能原理一般異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為：n160f/p而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1存在一個(gè)滑差關(guān)系：n= n1（1s）=60f/p（1s）由上式可以得到，改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變f、p、s可以達(dá)到。針對(duì)某一電動(dòng)機(jī)而言P是一定的，而

4、通過(guò)改變S進(jìn)行調(diào)速空間非常小，所以變頻調(diào)速通過(guò)改變定子供電頻率f來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速是異步電動(dòng)機(jī)的最為合理的調(diào)速方法。        若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，目前變頻調(diào)速已成為異步電動(dòng)機(jī)最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)流體力學(xué)相似定律：Q1/Q2n1/n2      輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；H1/H2(n1/n2)2   輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n2正

5、比；P1/P2(n1/n2)3      輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n3正比。當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量需要改變時(shí)，如調(diào)節(jié)風(fēng)門的開(kāi)度，則會(huì)使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時(shí)，當(dāng)風(fēng)機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，理論節(jié)電為E=1-( n/n)3×P×T (kWh)式中： n額定轉(zhuǎn)速n 實(shí)際轉(zhuǎn)速P額定轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)功率T工作時(shí)間可見(jiàn)，通過(guò)變頻對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。三、SH-HVF變頻器原理特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)  &#

6、160;    湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司主營(yíng)業(yè)務(wù)為在電力電子技術(shù)平臺(tái)上從事高壓變頻器的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、代理、服務(wù)，同時(shí)還從事能源節(jié)能領(lǐng)域的投資。公司綜合實(shí)力位于全國(guó)同行業(yè)前三名，用戶分布全國(guó)十多個(gè)省市自冶區(qū)。由湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司負(fù)責(zé)起草的DL/T994-2006中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 火電廠風(fēng)機(jī)水泵用高壓變頻器已由國(guó)家發(fā)改委2006年5月6日公告發(fā)布（中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)公告2006年第29號(hào)），已于2006年10月1日起正式頒布實(shí)施。湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司通過(guò)世界銀行能源項(xiàng)目專家審核（2004年），多次獲得世界銀行的專項(xiàng)節(jié)能貸款支持，

7、為世界銀行呈報(bào)的相關(guān)節(jié)能案例得到了世界銀行的廣泛推廣，被評(píng)為2006年中國(guó)節(jié)能十佳企業(yè)。        SH-HVF系列高壓變頻器是由湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司研制開(kāi)發(fā)的新一代高壓變頻器，采用直接高高變換的方式，多電平串聯(lián)倍壓的技術(shù)方案，優(yōu)化的PWM控制算法，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的可變頻變壓（VVVF）的正弦電壓和正弦電流的輸出。1、SH-HVF高壓變頻器的控制原理SH-HVF系列高壓變頻裝置選用電壓源型交直交變頻器方式，整流側(cè)采用大容量電容器濾波。變頻裝置逆變主電路拓?fù)洳捎枚嚯娖叫问?，單元?shù)的多少視電壓高低而定，3KV/6KV/10KV

8、變頻器每相采用4/6/8個(gè)功率單元（PowerCell），逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，輸出電壓非常接近正弦波。如圖1所示：                                       

9、                                                  

10、                                                  

11、                                 圖1 功率單元串聯(lián)         整流用移相變壓器為干式變壓器，采用銅線繞制，配冷卻器，有高質(zhì)量統(tǒng)一柜體封閉。具有就地和遠(yuǎn)

12、方超溫報(bào)警和相應(yīng)的控制功能。         功率單元的主電路由熔斷器、三相全橋整流模塊、濾波電容及IGBT?？旖M成，如圖2所示。進(jìn)入功率單元的低壓交流經(jīng)過(guò)整流模塊的整流和電容的濾波后變成中間直流，在控制系統(tǒng)的控制下由IGBT逆變單元將中間直流逆變成交變的脈寬調(diào)制輸出。每個(gè)功率單元輸出電壓為1、0、1三種狀態(tài)電平，以6KV為例，每相6個(gè)單元疊加，就可產(chǎn)生13種不同的電平等級(jí)，分別為±6、±5、±4、±3、±2、±1和0。用這種多重化技術(shù)構(gòu)成的高壓變頻器，也

13、稱為單元串聯(lián)多電平PWM電壓型變頻器，采用功率單元串聯(lián)，而不是用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓輸出，所以不存在器件均壓的問(wèn)題。                                        

14、                                                  

15、                                                  

16、                                          圖2  功率單元電路      &#

17、160; 6個(gè)功率單元在逆變側(cè)串聯(lián)成一相，將每個(gè)功率單元輸出的電平相疊加，再配以動(dòng)態(tài)分配技術(shù)和適當(dāng)?shù)目刂扑惴?，在輸出?cè)得到一組逼近正弦波的階梯波，與低壓變頻器采用的單純PWM方式相比，輸出的dv/dt非常低，波形本質(zhì)與正弦波的擬合程度非常好，再配以優(yōu)化的PWM控制，使輸出諧波大為降低。由于這種波形正弦度好，du/dt小，可減小對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器，輸出電纜長(zhǎng)度幾乎不受限制，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備改造；同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減少了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。      

18、;                                                  

19、;                                                  

20、;                                                  

21、;                           圖3  控制單元結(jié)構(gòu)圖        整個(gè)系統(tǒng)的控制部分由一套PLC，一套主控制器，一套旁路控制器、一個(gè)智能操作面板（觸摸屏）和一些開(kāi)關(guān)、電源、繼電器等組成，如圖3所示。其中，PLC完成整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的

22、管理，邏輯處理，包括起停車邏輯、報(bào)警故障邏輯等。觸摸屏為中文界面的液晶顯示，完成變頻器參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)顯示和報(bào)警故障顯示等功能。主控制器完成PWM信號(hào)的產(chǎn)生、移相，并轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過(guò)光纖傳送到功率單元，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能。旁路控制器為整個(gè)系統(tǒng)提供了較高的容錯(cuò)能力，當(dāng)工作中的某個(gè)功率單元故障時(shí)，旁路控制能自動(dòng)將其從工作中退出，并將備用功率單元投入運(yùn)行。整套控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是可靠、實(shí)用、簡(jiǎn)單。2、SH-HVF系列變頻器主要優(yōu)勢(shì)1>、功率單元機(jī)械式旁路      

23、;  為了保證變頻器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行，SH-HVF系列高壓變頻器為用戶提供了功率單元機(jī)械旁路功能，當(dāng)單元故障時(shí)，可自動(dòng)將輸出清除并同時(shí)觸發(fā)旁路單元將其旁路，使其不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，使整個(gè)系統(tǒng)由原來(lái)的串聯(lián)可靠性結(jié)構(gòu)變成為并聯(lián)可靠性結(jié)構(gòu)。典型旁路示意圖如下：                           &

24、#160;                                                 &

25、#160;                                                 &

26、#160;                             圖4典型的功率單元機(jī)械旁路示意圖        傳統(tǒng)的功率單元電子式旁路設(shè)計(jì)采用晶體管方式，其設(shè)計(jì)與功率單元采用一體化設(shè)計(jì)，其電子旁路能否動(dòng)作取決于功率單元的故障狀態(tài)；而我公司功率單

27、元機(jī)械式旁路采用機(jī)械式接觸器方式，并且專門為其設(shè)計(jì)了一套功率單元旁路控制系統(tǒng)，一旦功率單元故障，不管故障多么嚴(yán)重，旁路系統(tǒng)均能正確安全的旁路。2>、N+1冗余運(yùn)行方式用戶在訂貨時(shí)可選配1單元為冗余配置，在此配置下，可保證最大3單元故障時(shí)，變頻器能滿載50Hz、10kV輸出。3>、變頻器帶故障運(yùn)行方式當(dāng)有功率單元故障時(shí)，變頻器可通過(guò)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)，輸出最大的功率而不至于跳機(jī)影響生產(chǎn)，用戶可以根據(jù)設(shè)備的報(bào)警自行確定停機(jī)維修時(shí)間。4>、風(fēng)機(jī)選用進(jìn)口設(shè)備我公司高壓變頻器冷卻風(fēng)機(jī)采用原裝進(jìn)口EBM風(fēng)機(jī)，其平均無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間大于100000小時(shí)。5>、頻率分辨率頻率分辨率為

28、0.01Hz，每周波頻率誤差小于1微秒。6>、諧波指標(biāo)輸出電流諧波失真<2%；變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波滿足并高于中國(guó)“GB/T 14549 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波”及“IEEE519”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。變頻裝置考慮將對(duì)電網(wǎng)諧波影響減至最小的措施包括：a、移相變壓器；b、單元串聯(lián)技術(shù)；c、優(yōu)化的PWM算法；d、多脈沖整流技術(shù)7>、線電壓自動(dòng)均衡技術(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。8>、控制

29、部分雙電源切換變頻器控制回路采用雙電源切換技術(shù)并配置UPS電源，雙電源一路來(lái)源于用戶電源，一路來(lái)源于變頻器內(nèi)隔離變壓器二次輸出繞組，其中任意一單元掉電自動(dòng)切換至另一回路，切換時(shí)間約為40ms，切換過(guò)程中的電源保證由UPS提供，UPS提供掉電30分鐘輸出。四、原料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)的變頻改造1、生料磨系統(tǒng)簡(jiǎn)介：華新金貓水泥（蘇州）有限公司是一條3000T/D的水泥生產(chǎn)線，其生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)為6KV/1600KW，采用擋板（閥門）調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，風(fēng)機(jī)消耗功率大，節(jié)流損失較大。調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板控制風(fēng)量，由于擋板處于較高壓力下工作，易磨損，易造成管道內(nèi)風(fēng)量調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確，對(duì)生料磨系統(tǒng)工藝影響也較大。其生料磨系統(tǒng)簡(jiǎn)易圖

30、如圖5所示：                                                 

31、                                                  

32、                                                  

33、                                    圖5立式生料磨系統(tǒng)簡(jiǎn)易圖生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)在生料磨系統(tǒng)中起到很大作用，通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)可以控制磨系統(tǒng)的以下參數(shù)：1>、磨內(nèi)通風(fēng)量：立磨靠風(fēng)掃磨，通風(fēng)量要適當(dāng)。風(fēng)量不足，合格的生

34、料不能及時(shí)帶出，料層增厚，排渣量增多，設(shè)備負(fù)荷高，產(chǎn)量降低；風(fēng)量過(guò)大，料層過(guò)薄，影響磨機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。2>、料層厚度：立磨穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的另一重要因素是料床穩(wěn)定。料層穩(wěn)定，風(fēng)量、風(fēng)壓和喂料量才能穩(wěn)定，否則就要通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)量和喂料量來(lái)維持料層厚度。若調(diào)節(jié)不及時(shí)就會(huì)引起震動(dòng)加劇，電機(jī)負(fù)荷上升或系統(tǒng)跳停等問(wèn)題。3>、磨機(jī)振動(dòng)：振動(dòng)是輥式磨機(jī)工作中普遍存在的一個(gè)現(xiàn)象,合理的振動(dòng)是允許的,但若振動(dòng)過(guò)大，則會(huì)造成磨盤和磨輥以及襯板的機(jī)械損壞。4>、磨內(nèi)壓差： 壓差是指風(fēng)環(huán)處的壓力損失,在磨機(jī)運(yùn)行時(shí)，磨內(nèi)負(fù)荷量的變化不僅從磨機(jī)電流、料層厚度、振動(dòng)幅度等參數(shù)上反應(yīng)出來(lái)，而且壓差更能反映磨內(nèi)狀況。5>

35、;、磨機(jī)出口溫度：有效的控制出口溫度，可以保持良好的烘干及粉磨作業(yè)條件。6>、產(chǎn)品細(xì)度：磨內(nèi)通風(fēng)量的大小對(duì)產(chǎn)品細(xì)度也有一定影響 。另外磨的運(yùn)行穩(wěn)定因素還有喂料量、噴水量、研磨壓力、循環(huán)風(fēng)量和選粉機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)。華新金貓水泥生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)如下：電機(jī)型號(hào)：YRKK710-6額定功率：1600KW額定電壓：6KV額定電流：193A根據(jù)華新金貓水泥負(fù)載的相關(guān)參數(shù)選配SH-HVF系列高壓變頻器參數(shù)如下：型號(hào)：SH-HVF-Y6K/2000隔離變壓器容量：2000KVAIGBT容量：80 380A整流橋容量：95 380A旁路開(kāi)關(guān)：630A2、主回路設(shè)計(jì)為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器配置方案

36、均采用一拖一方式，其主回路原理圖如圖6所示：                                              &#

37、160;                                                 &#

38、160;                                                                      圖6 SH-HVF高壓變頻器主回路原理圖&