高壓變頻在日產5000噸干法線高溫風機上的應用

　　水泥企業是國民經濟生產中的能源消耗大戶，水泥行業已被列為國家節約資源的重點領域之一。在當前國內外能源供需矛盾突出的情況下，水泥行業必須通過各種途徑降低能耗，以獲得最佳的經濟效益和最高的勞動生產率。水泥生產中電動機負載電耗就占成本近30％，而拖動風機用的高壓電動機在電機中占有很大的比重，如一條水泥生產線，其中有25%～30%的電能是用于拖動各種類型風機上，因此做好電動機的降耗增效工作就顯得極為重要。

　　新型干法水泥生產線的旋窯內燃燒產生的余熱廢氣，在窯尾高溫風機的作用下，通過預熱器對進入窯尾前的生料進行預熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風機抽出進入廢氣處理（除塵及排出）。均化好的生料預熱后在回轉窯內煅燒成熟料，回轉窯內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燃燒，生料才能在窯內達到很好的熱處理。由于其工藝上的要求控制窯尾預熱器的壓力，通過DCS的控制來對高溫風機的風量進行調節，因此高溫風機的電機一般采用調速控制。前些年一般采用液力耦合器、繞線式電機轉子串水阻等方式進行調速，而在上世紀90年代迅速發展起來，并在近幾年成熟的高壓交流變頻調速技術，在經過大量成功的現場應用并顯示其巨大的節能效益后，高壓變頻器成為國家水泥節能設計規范標準要求的設備。我國在2007年10月25日頒布、2008年5月1日起執行的強制性標準《GB50443-2007水泥廠節能設計規范》中規定：“窯尾高溫風機應采用變頻調速裝置”。

　　高壓變頻器現已被廣泛應用于各行各業，廣州智光公司的ZINVERT系列高壓變頻器從2005年起開始應用于水泥行業的電機節能改造，至今已成功應用于幾十條水泥生產線的窯尾高溫風機、窯頭風機、生料磨循環風機、水泥磨風機等風機的節能改造，創造了顯著的節電經濟效益，取得了成功的改造經驗。本文特別對ZINVERT系列高壓變頻器在5000t/d高溫風機的應用技術進行簡要介紹。

　　一、高壓變頻在窯尾風機的應用

　　1.高溫風機的管道“塌料”問題導致電機過流甚至跳停

　　窯尾高溫風機是保證水泥生產線窯內負壓的重要負載，即使在工頻運行、采用液力耦合器調速的高溫風機，也常見由于管道“塌料”導致高溫風機電機過負荷跳閘，導致生產中斷。而對由于變頻器裝置的電力電子器件過負荷能力的限制，以上由于“塌料”造成的高溫風機過負荷導致的變頻器保護停機現象，將給水泥生產線造成更多的損害。
　　高溫風機“塌料”導致的過負荷是由于在旋窯水泥生產線生產過程中，預熱器管壁上的粉塵黏附到一定厚度時就會坍塌脫落，造成管道內粉塵濃度增大，阻力增加，負壓升高，使排風機負荷增加或垂直煙道在清潔時或有物料“塌料”，同樣也會造成氣流波動，使排風管內氣流紊亂，造成高溫風機過負荷停機，該現象的頻繁出現對高溫風機電動機造成損壞。在實際使用過程中的“塌料”現象，會不定期的導致電機運行電流在極短的時間內超出正常電流數倍，如使用一般廠家生產的通用型高壓變頻器，可能導致變頻器運行過程中頻繁跳機，直接影響高溫風機與水泥生產線的正常運行。

　　目前國內水泥行業高壓變頻器的專業生產制造商，研制的ZINVERT系列高壓變頻調速系統從2005年投入水泥生產線的變頻改造，特別針對高溫風機的運行工藝情況進行了大量的研究分析，并針對性地研制出專業技術。研發技術人員深入應用現場，了解掌握現場工藝情況，總結現場應用經驗，推出了針對水泥生產線窯尾高溫風機的專用變頻器技術，采用自主研發的“瞬態尖峰負荷差分控制技術”，從設備的硬件設計、控制軟件設計等多方面對高溫風機的不定期尖峰負荷運行，進行全方位的設計改進。具有這種技術的ZINVERT系列高壓變頻器成為“高溫風機的專用變頻器”，有效地避免了通用高壓變頻器在運行中由于“塌料”所導致的反復跳機。ZINVERT系列高壓變頻器目前已在多條5000t/d旋窯生產線的高溫風機得到實際應用，基本解決了高溫風機變頻器由于“塌料”導致的跳閘停運、生產中斷的問題。減少高溫風機停運對生產造成的影響，降低電機設備故障率，取得節能、增效的巨大效益，得到用戶普遍認可。

　　2.高溫風機變頻的電源波動與運行可靠性問題

　　水泥行業連續生產的性質決定了使用高壓變頻器需要有很高的可靠性。ZINVERT系列智能高壓變頻調速系統采用主流的功率單元串聯技術方案，而不是功率器件直接串聯，避免了直接串聯帶來的均壓問題，本質上保證了系統的可靠性。同時，產品具有對電網電壓的適應范圍寬、單元故障自動旁路、工頻旁路、瞬時停電再啟動功能、包括相間短路保護功能等技術，在提高起動力矩和轉速精度的同時，提高了抗電網波動和負載擾動能力，大大提高了可靠性，ZINVERT系列智能高壓變頻調速系統，通過幾十條生產線的運行證明國產高壓變頻器調速技術的成熟。

　　3.變頻器應用的諧波與干擾影響

　　這一方面是變頻器輸入諧波對電網的影響，如果變頻器輸入電流諧波較大(比如傳統的電流源型變頻器)，會產生如下危害：供電系統的繼電保護裝置誤動作，可能導致大面積停電；測量儀器儀表誤差增大，影響計量精度和控制性能；從而影響其他電力電子裝置，電子計算機系統及通信設備的正常工作。諧波使電機、變壓器和電容器等用電設備損耗增大，嚴重時會過熱或燒損。ZINVERT系列高壓變頻器采用的輸入多重化移相整流技術、單元級聯多電頻的輸出技術，輸入、輸出電流諧波失真極小，滿足標準的要求，不會對電網、電機產生超標的諧波影響。大、中型水泥廠自動化水平高，大多數采用自動化儀表和計算機控制系統，對用電系統的諧波要求很高，ZINVERT系列的智能高壓變頻調速系統在這方面有很大的優勢。

　　諧波影響的另一方面問題是外部諧波對高壓變頻器的影響，由于旋窯的旋轉采用直流電機，因此可能產生較大的諧波，必須采取相應的治理措施，以保證高壓變頻器的輸入電壓穩態總諧波含量THD不超過10%，其中任何奇次諧波均不超過5%,任何偶次諧波均不超過2%,短時(持續時間小于30秒)出現的任意一次諧波含量不超過10%。否則對母線及其他設備、高壓變頻器等均可能造成運行中的影響與損害。還有為避免干擾，變頻器的控制線須采用屏蔽電纜，單端接地，并且在布線時注意與動力線的距離，避免控制線與動力線并行敷設在同一電纜托架或線框內；變頻器負載輸出線需采取屏蔽鎧裝電纜，單端接地，以避免變頻器對附近儀表產生干擾。

　　4.變頻器應用的環境與散熱問題

　　由于水泥生產現場粉塵較大，環境相對惡劣，作為電力電子設備，由于產生約3%～4％的損耗發熱需要散熱，而一般采用風冷散熱，因此水泥生產線風機的高壓變頻器應安裝在配電室內，或專門建造房屋。并加強防塵設計和日常維護，定期進行濾網清潔。ZINVERT系列高壓變頻器采用國內獨一無二的單元與柜體結構專利設計，器件布局結構合理，散熱器與風道設計提高散熱效率，柜體采用前后進風方式提高風速、減小體積，環境適應能力強，經受住了南方夏季炎熱天氣和潮濕空氣，以及水泥廠惡劣環境的考驗。