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前言       

       變頻調(diào)速技術(shù)作為一種先進的電動機調(diào)速方式，其技術(shù)和性能明顯優(yōu)于其它調(diào)速方式（如轉(zhuǎn)子水阻調(diào)速、串級調(diào)速、液力耦合器調(diào)速和風門調(diào)速等等），高壓變頻調(diào)速裝置不僅可以大幅度節(jié)能降耗，而且可以改善工藝控制水平，減少對電網(wǎng)的沖擊，延長設(shè)備使用壽命，提高生產(chǎn)效率。其優(yōu)異的性能以及所帶來的經(jīng)濟效益早已被廣大工程人員所認同。

      目前新建的新型干法水泥生產(chǎn)線，規(guī)模大、投資大、技術(shù)要求高，特別是節(jié)能和控制要求這塊要求越來越高，所以在水泥廠中能夠采用變頻的地方一般都會用，包括高壓的和低壓的電機。水泥廠中可以采用變頻的設(shè)備包括高溫風機、窯頭排風機、窯尾排風機、煤磨循環(huán)風機、生料磨排風機、水泥磨風機等等，這些風機一般是大功率的高壓電機，且生產(chǎn)工藝上都有調(diào)速的要求，所以高壓變頻器的應用不可避免地越來越多，我國在07頒發(fā)、2008年5月1日開始執(zhí)行的水泥行業(yè)標準《水泥廠節(jié)能設(shè)計規(guī)范》GB50443-2016中的第3.1.2條規(guī)定：“窯尾高溫風機應采用變頻調(diào)速裝置”，并且是作為強條存在，那么高溫風機相對于水泥廠其它風機來說，采用變頻控制的要求是最強烈的。本文就以高溫風機為分析對象，結(jié)合實際案例，就高壓變頻器的應用情況做介紹，旨在為工程技術(shù)人員提供這方面的參考。

1.應用方案 

1.1項目情況

      本文的案例為我公司設(shè)計并總承包的項目-西藏藏中建材股份有限公司4000t/d（相當于平原5000t/d）熟料水泥生產(chǎn)線，該項目地處海拔3750m的拉薩市堆龍德慶縣，是世界上海拔最高的新型干法熟料生產(chǎn)線，同時也是西藏自治區(qū)建材行業(yè)的龍頭企業(yè)。

1.2設(shè)備技術(shù)參數(shù)      

                                                         現(xiàn)場高溫風機、電機及高壓變頻器的參數(shù)表如下：

      因本項目位于高原地區(qū)，海拔高度對于變頻器的選擇是有影響的，主要體現(xiàn)在變頻器的散熱和降容問題上。海拔越高空氣密度就越小，空氣密度低會導致冷卻能力不足,影響散熱效果。從1000米開始，每超過100米容許溫升就下降1%，另外海拔高大氣的壓力也會下降，設(shè)備的電氣絕緣也會變差。本項目地處3750m的高原地區(qū)，通過降容計算，我們選擇了該型號。
1.3現(xiàn)場工況情況

     干法水泥生產(chǎn)線的窯尾高溫風機是保證窯內(nèi)負壓的重要設(shè)備，操作不當或者控制設(shè)備的性能不佳，都可能會引起生產(chǎn)的不順暢，嚴重時會造成窯內(nèi)塌料的現(xiàn)象，這個塌料現(xiàn)象產(chǎn)生原因并不是突然出現(xiàn)的，他是一個慢慢積累的過程，主要是因為生產(chǎn)過程中，預熱器內(nèi)壁的物料粘附到一定厚度時突然的坍塌脫落，造成預熱器內(nèi)部堵塞，使風機負荷增加，從而使高溫風機電機的運行電流在極短的時間內(nèi)增大，并可能會過負荷跳閘。水泥窯系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時，高溫風機的突然跳停是比較嚴重的事故了，輕則停窯，重則會損壞設(shè)備造成長時間的停產(chǎn)。由于水泥廠高溫風機的這個重要性，還因為高原的實際情況，所以高溫風機高壓變頻器的選型也是不容馬虎的。
1.4控制方式介紹

     高壓變頻器的控制原理（見下圖）從外部看一般是大同小異的，但內(nèi)部的控制方式一般有矢量化VF控制、開環(huán)矢量和閉環(huán)矢量控制三種控制方式，根據(jù)高溫風機的運行特點，我們采用了矢量化VF控制方式，事實上絕大部分風機的變頻控制也都是采用這種控制方式，這種控制方法對電機的參數(shù)依賴會變小。并且在低頻運行時輸出的電流波形還能保持正弦波的形狀，可以有效避免電機共振的現(xiàn)象。這個控制方式也能夠更好的適應弱磁環(huán)境，當變頻器在基頻以下運行時，可以忽略弱磁環(huán)境的影響，隨著速度的增加恒定轉(zhuǎn)矩還是可以保持的，但變頻器在基頻以上運行時，采用其它控制當時只能保證額定功率的輸出，隨著速度的增加恒定轉(zhuǎn)矩就不能保持了，這是變頻調(diào)節(jié)處于弱磁區(qū)的現(xiàn)象，但采用矢量化VF控制可以抑制這樣的現(xiàn)象發(fā)生。

 

2應用分析總結(jié)

2.1總體情況
     本項目于2017年4月份投入運行，至今已有半年的時間，整個項目從產(chǎn)量(生產(chǎn)能力比設(shè)計值高20%)、質(zhì)量和能耗指標都已經(jīng)超過設(shè)計目標，但高溫風機高壓變頻這一塊，至少到目前為止沒有發(fā)現(xiàn)什么異常情況的。正常工作時的運行參數(shù)可見下圖：

滿負荷狀態(tài)下的基本參數(shù)

     從定期對變頻器的巡檢來看，各項參數(shù)未見異常，包括變壓器溫升、功率單元溫升、輸出電壓、輸出電流等，完全正常。在整個運行范圍內(nèi)，電機始終運行平穩(wěn)，溫升正常。風機啟動時的噪音和啟動電流非常小，無任何異常振動和噪音，各項指標滿足工藝要求，為水泥廠安全穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)提供了保證。
2.2穩(wěn)定性分析

     由于高壓變頻器采用的LVRT低電壓穿越技術(shù)，可以做到電網(wǎng)掉電時間長度5秒的不停機，所以對外部電源波動適應能力是很強的，另外由于采用四象限驅(qū)動技術(shù)和IGBT整流技術(shù)，可以讓變頻器的三相輸出波形非常接近于標準正弦波，從下面兩張圖可以看出，在非正常操作時，輸出的波形也接近近乎完美的正弦波。

電機突然減速時的輸出電流波形

2秒內(nèi)電機由50Hz減到0的電流波形

2.3節(jié)能情況

     談到變頻就不得不談節(jié)能情況，高溫風機采用高壓變頻的初衷并不是為了節(jié)能，高溫風機的調(diào)速需求是由工藝生產(chǎn)需要提出的，但節(jié)能確是實實在在的，水泥廠風機風量的調(diào)節(jié)一般有變頻調(diào)速和風門調(diào)速兩種方法，如果采用風門調(diào)速的方法，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上，雖然一次投入會小很多，但從長遠看肯定是不劃算的；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：
E=〔1-( n′/n)3〕×P×T (kWh) 式中：

n——額定轉(zhuǎn)速 

n′——實際轉(zhuǎn)速 

P——額定轉(zhuǎn)速時電機功率（本項目電機功率為3000KW）  

T——工作時間（水泥廠平均每天生產(chǎn)時間大于20小時） 
      假設(shè)工、變頻生產(chǎn)工況相同，從平時運行的頻率看，滿負荷工況時，頻率不到45Hz，將數(shù)據(jù)代入上述的公式的：       

      E=〔1-( 45/50)3〕×3000×20 (kWh) = 16260(kWh)

      每年按運行300天，每度電按0.8元計算，每年可為用戶節(jié)約電費為：16260×300×0.8元=3902400元。