高压变频节能技术在水泥生产线的应用

2011-01-05曹汉红

水泥技术 2011年3期

关键词：风门节约变频

曹汉红

高压变频节能技术在水泥生产线的应用

Application of Energy-saving High-pressure Frequency Conversion Technology in the Cement Production Line

曹汉红

1 概述

水泥生产中电动机负载电耗占成本近30%，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，对一条水泥生产线，其中有25%～30%的电能是用于拖动各种类型风机上，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。

目前我国水泥厂工艺生产线中有许多大型风机，包括窑尾高温风机、循环风机、窑尾排风机、窑头排风机、煤磨排风机，以往这些设备大多采用异步电动机拖动定速运行，电动机容量按最大负载来选择。而上述五大风机在正常生产时并不用以全速运行，采用传统风门调节转差损耗大、效率低,造成资源浪费。例如原来窑尾高温风机都采用液力耦合器加液体变阻器的起动调速方式，由于液力耦合器调速范围窄，过大的调速比会引起工作介质发热严重，同时效率下降，经常无法正常工作。而采用变频调速可以合理地调整电机的转速，大大提高电动机的效率，减少运行成本和降低设备运转中的故障率。

2 设备技术参数

河北燕赵水泥有限公司5000t/d生产线五台大型风机全部采用高压变频控制装置。生产线投产两年来，该装置一直运转良好。

高压电机及风机技术参数见表1、2。

根据上述技术参数，河北燕赵水泥有限公司工程选用北京某公司的高压变频设备，技术参数见表3。

3 本工程采用的高压变频器的特性

3.1 高质量电源输入

变频设备对电网的谐波污染主要取决于整流电路的结构和特性，目前减少电网谐波污染的主要方式有两种：多重化整流和PWM整流。通常单元串联多电平高压变频器整流脉冲数较多，对电网谐波污染较小。

本工程变频装置采用输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源，对6kV而言，相当于30脉冲二极管整流输入，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足IEEE 519-1992《电源系统谐波控制推荐规程和要求》和GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》对谐波含量的最严格的要求，无需安装输入滤波器即可保护周边设备免受谐波干扰。

表1 高压电机参数

表2 风机参数

表3 高压变频器参数

变频器额定输入功率因数大于0.96，无需功率因数补偿电容，减少无功输入，降低供电容量。

3.2 完美的输出性能

变频设备输出谐波对电机的影响主要有：引起电机附加发热，导致电机额外升温，电机往往要降额使用，谐波还会引起电机转矩脉动，噪音增加。dv/dt和共模电压会影响电机绝缘。

本工程变频器采用的是单元串联脉宽调制叠波（或称功率单元多重化）输出，6kV系列每相6个单元，大大削弱了输出谐波含量，输出波形为几近完美的正弦波。高压变频装置具有以下优点：

·无需输出滤波装置；

·可以驱动普通高压电动机，而不会增加电机温升，降低电机容量；

·电机电缆无任何长度限制；

·保护电机绝缘不受dv/dt应力的损害；

·不会因为谐波力矩而降低设备使用寿命。

3.3 友好的用户界面

（HIVERT）变频装置采用全中文LCD显示，面板轻触按钮直接操作，更适合国人使用习惯。

·全中文文字表述，易学易用；·大屏幕显示，没有烦琐的参数代码号，参数设置准确、直观、便捷；

·运行参数同屏显示，一览无余；·状态显示；·可记录保存多达十个历次故障；·闭环运行时PID参数可在线调整。

3.4 其他特性

·高可靠性；

·高效率，在额定工况下，系统总效率高达96%以上，其中变频部分效率＞98%；

·功率单元模块化结构，可以互换；

·限流功能；

·旋转启动功能；

·输出电压自动调整；

·瞬时停电功能；

·宽广的输入电压范围，更适合国内电网条件；

·功率单元光纤通讯控制，完全电气隔离；

·内置PID调节器，可实现闭环运行；

·隔离RS485接口，采用MODBUS通讯规约；

·具有本地、远程、上位等三种控制方式；

·全面的故障监测电路、及时的故障报警和保护、准确的故障记录。

同时针对水泥行业连续运转的生产需要，变频器设备厂家还为每台变频器增设了工频旁路的设计，通过自动旁路柜与DCS之间的互相连动，在系统检测到变频器故障后，通过DCS控制将变频器直接切换到工频状态下运行，待变频器维修完成后，通过飞车启动功能，在不需要停机的情况下自动跟踪风机转速，将变频器调到相应的频率投入运行，保证整个生产过程不间断。