HIVERT变频器在北京市琉璃河水泥有限公司的改造纪要

摘  要 :北京市琉璃河水泥有线公司共有2条（日产2000吨，2500吨）熟料生产线，其中高压大型风机风量的调节均采用挡板或者液藕进行生产工艺的控制调节，并其中存在有大马拉小车现象。这样不但浪费电能，不经济，不科学，而且不利于工艺操作，对设备损坏也相当严重。为了积极相应节能减排，提质降耗的号召，我公司于2008年9月分别对2条生产线7台设备成功的进行了高压变频器的改造。

本文综述了变频调速替代传统风机调节的优越性和可行性以及我公司选用Hicon公司7台高压变频器的改造调试过程、注意事项和建议。并通过改造后高压变频安全稳定的运行以及改造前后耗电情况的计算和对比，充分说明高压交流变频调速器以其适用性强、可靠性高、操作方便，节能效果显著等优点，具有其它调速方式不可比拟的优势，体现出了良好的经济效益和社会效益。

关键词：高压变频； 节能降耗；设备保护；闭环控制； 改造效果

一、高压变频器的优越性

1．1减少损耗 ，节约能量

目前，水泥行业的风机以采用采用挡板调节居多，但采用挡板调节时，大量的能量损耗在挡板的截流过程中。对风机而言，最有效的节能措施是采用调速来调节流量。由于风机大都为平方转矩负载，轴功率则与转速大致成立方关系，所以当风机转速下降时，消耗的功率大大下降。

变频调速能够节约原来损耗在挡板截流过程中的大量能量，大大提高了经济效益。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小，效率高，是异步电动机的最为合理的调遮方法。由公式

可以看出，若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。

对离心式风机而言，流体力学有以下原理：输出孔量Q与转速n成正比；输出压力H与转速n2。正比；输出轴功率P与转速n3正比；即

当风机风量需要改变时，如渊节风门的开度，则会使大量电能白白消耗在风门及管路系统阻力上。如采用变频调速调节风量，可使轴功率随流量的减小大幅度下降。变频调速时．当风机低于额定转速时，理论节电为

式中，n是额定转速；n′是实际转速；P是额定转速时电动机功率；T是工作时间；  以上公式为变频节能提供了充分的理论依据。

1．2 保护工艺设备，减少维修量

传统风机采用挡板调节时，因风机所输送的介质较混杂，生料、熟料、化学气体、液体等介质对挡板阀门和管道冲击较大，会对挡板设备进行大量冲刷, 腐蚀，损坏较严重，故障率较高，维护与维修量加大，严重时象高温风机、废弃处理风机等重要设备因挡板故障会造成全线停车停产，损失很大。

而采用变频调速后不需用挡板进行调节，挡板只需开到最大开度不动即可。或者直接将挡板拆除。用变频器调节适合工艺要求的理想电机转速，在节约了能量损耗的同时，对挡板和管道的设备冲刷和损坏程度也大大减小。设备的维护，维修量也相应大大减小。

1．3保护电气设备，延长电机寿命

电机在全速运转时，电机轴承等机械部分磨损严重，若是绕线式电机在全速运转时电机转子滑环上碳刷磨损严重，维修和更换周期短。另外，异步电动机在直接起动时起动电流一般达到电动机额定电流的6～8倍，对电网冲击较大，也会引起电动机发热，强大的冲击转矩对电动机和风机的机械寿命存在很多不利的影响。

而风机采用变频调速后，可实现软起动，对电网的冲击和机械负载的冲击都大太减小，同时延长了电动机和风机的寿命。同时，采用变频调速后，电动机的无功功率通过变频器直流环节的滤波电容进行了瞬时补偿，变频器的输入功率因数可达0.95以上。相对电动机直接工频运行而言，功率因数大大改善，对低速电动机效果尤为明显。同时电动机运行的振动和噪声也明显降低。

1．4提高调节性能，安全稳定

一般水泥行业传统风机利用挡板调节时有动作迟缓，手动时人员不易操作，而且操作不当会造成风机振动。挡板执行机构一般为大力矩的电动执行器，故障较多，不能适应长期频繁凋节，调节线性度差，构成闭环自动控制较难，且动态性能不理想；并且电动执行器调节性能较差，精度低，不能够充分满足工艺要求。

采用变频调速后，可以很方便地构成闭环控制，进行自动调节，调节器输出的4～20mA信号输到变频器，通过变频器调节电动机转速，并且调节范围较大改观，精度较高，能够满足工艺要求的任意调节，可以平稳地调节风量，且线性度较好，动态响应快，使设备在更经济的状态下安全稳定运行。

1．5克服了水电阻启动和液耦调节的缺点

我公司象废弃处理风机，生料磨循环风机等设备因电网容量等原因，不允许全压直接启动，以前均使用转子回路串水电阻启动。这样的启动方式附带了许多电气二次回路，启动过程较复杂，并且水电阻本身维护工作量较大，而且只在启动过程的30秒内使用，使用效率不高，但不可缺少。改用变频调速可完全摘除水电阻，退出电机的启动，上述缺点也相应完全杜绝。

一般水泥行业象高温风机设备以前大多是采用液力耦合器进行调速，液耦调速存在的缺点是体积大、噪声大、调速范围窄、高速有丢转现象，低速转差损耗大，效率低、油系统维护复杂。而采用变频调速后将原液藕拆除，不再参与调速，用联轴器与风机相联结，或者电机直接与风机相联结，上述缺点可完全避免，并且也完全杜绝了液藕油系统较复杂的维护与维修。

综上所述，高压变频调速具有其它调速方式无法比拟的优点，适应多变的工艺操作和工艺要求，通过进行高压变频器的改造替代原有的调速方式具有很大的可行性和生产效益。

二、我公司高压变频器改造的实施过程

鉴于高压变频器诸多优越性和改造的必要性、可行性，我公司电气人员多次对变频器厂家和使用单位进行调研和走访。并到合康公司的生产线进行实地考察，对合康先进的管理模式，严格的质量控制，成熟的生产工艺有了很深的了解很肯定，一致认为其产品质量优质，在同行业中有一定的优越性，并最终决定了选用合康公司的高压变频器。随即在9月15日－21日期间，分别将一线高温风机（6000V 1600KW），废弃处理风机(6000V 630KW)二线窑头排风机(6000V 280KW)，二线高温风机(6000V 1600KW)，二线煤磨排风机(6000V 560KW)，二线生料磨循环风机(6000V 1800KW)以及余热发电水泵(6000V 200KW)成功的进行了高压变频的改造。在此，特将改造的实施过程以及注意事项和肤浅经验简述一下。

                 改造后运行中的Hicon变频器

2．1 变频器控制室的土建

变频柜体积较小是合康变频器的一个优势之一。变频柜体分别由旁路柜，变压器柜和单元柜组成。总长度1000KW以上为4.9米，500KW以上，1000KW以下为4.8米，500KW以下为4.35米。柜最大宽度为1.2米，高度为2.24米。在柜体规格的基础上，变频器正面距墙距离不小于1.5米，背面和顶部距墙距离不小于1米搭建房屋即可。注意预留好通风管道口，进气孔，电缆进线孔。也可以考虑加玻璃窗，百叶窗。但必须注意控制室距离现场电机越短越好,这样可以节省改造电缆成本。另外,选择控制室位置也要考虑最好不要建在高温，粉尘浓度较大的环境下，否则影响通风效果，柜体温度因环境温升较高（室内温度最好不要超过45℃），粉尘容易进入室内，缩短过滤网的清扫周期等。再有,控制室门要有足够裕量，方便变频柜的吊运与安装。我公司采用的是未盖控制室顶部前先将变频柜完全吊运安装就位后封顶。

为了用户接线简便，合康变频器可供用户选择上部和底部进线两种方式，底部进线需要提前做好电缆沟。变频器安装在槽钢焊接的底座上，通过点焊方式将其固定在安装槽钢上，槽钢需可靠接地，接地电阻不得大于4Ω。我公司7台变频器选用的均是上部进线方式。

二线生料磨循环风机变频控制室           变频控制室的排风管道

2．2绕线式电机水电阻的摘除

绕线式电机改造安装高压变频后，原水电阻不再参与电机的启动，直接由变频器调速启动。省去了对水电阻做繁杂的维护维修工作。目前，我公司并没有将水电阻拆除，只是不参与启动，保留原地作备用。摘除水电阻方法十分简单，我一线尾部风机，二线循环风机以前是靠水电阻启动的，改用变频后，只将原水电阻零闸原星点封线联接铜板由真空开关的上方，改联接在真空接触器的下方，也就是将转子三相绕组引出线经碳刷滑环后在水电阻柜不经过真空开关直接短接。此方法优点是改造十分简便，另外预防若变频器发生大的故障时无法短时间恢复，可在极短时间内将联片改回恢复水电阻启动控制。其缺点是：转子绕组经滑环，碳刷还在参与电机的运转，仍需要定期对碳刷和滑环进行检修和维护。我们正在考虑待变频器稳定运行一段时间后，设备检修期间，进行进一步改进：将转子绕组出线侧直接用铜排或者电缆短接，这样可甩掉碳刷，变成笼形电机。

水电阻零闸真空开关星点联片改动示意（原联片在上方）

2．3高温风机液耦的拆除

高温风机高压变频的安装让维修人员感到欣慰的是原复杂维护维修的液耦拆除了。考察时看到别的单位改造高温风机是将液藕拆除后，在风机对轮和电机对轮间做与液耦等长的联轴器，这样的优点是电机不需挪动位置，但要求电机、联轴器、风机间找正精度要高，否则容易振动而导致电机电流波动。另外，要求联轴器材质与强度要高，防止运转时受力过大扭断。我公司是挪动电机直接与风机对轮相连接，避免了上述隐患，但是这样对接电机与风机接触距离很近，要考虑风机的高温勿要影响电机的温升，最好做隔热处理。

高温风机改造后电机与风机的联接

2．4 变频柜电缆的铺设和接线

    高压变频器改造时，原开关柜的控制与保护继续保持使用，不需要更改。若为了加强保护，可将变频器送出的一对合闸联锁接点串入开关柜二次合闸联锁回路。

2．4．1 主电缆一次线的铺设和联接

一般以前高压电机的电源电缆都是从较远的总降开关室供电,改造中尽量保留原开关控制系统，不做更改。只变更输送给电机的电缆先输送至变频柜输入端，输出端再接入至电机。若变频器控制室离现场电机近的话，条件许可最好将原电机电缆从电机接线端抽出进入变频器，变频器输出加铺电缆至电机接线，这样可节省一半的电缆长度，无需费时费力做中间接头，并且现场无接头便于美观整理。我公司因电缆抽出较困难，大部分采取的是在电机旁加铺设电缆做中间接头后输入变频器，从变频器输出端再铺设电缆返回接电机端。这就要求电缆接头要做的规矩整齐，隐蔽一些，否则影响现场的美观。

         电机接线盒                        电缆的中间头

2．4．2 控制电缆二次线的铺设和联接

    控制电缆的铺设与接线比较简便。变频器送给现场DCS共有：备妥，运行，轻故障，重故障，旁路5个DI开关量输入点；一个DO驱动点；模拟输入点转速，电流2个；模拟输出给定点一个；一个交流220V控制电源。另外为了更好的控制保护，最好将变频柜的合闸联锁信号采用硬联锁方式接入原电机开关控制柜。需要注意的是控制电缆铺设要与主电缆有距离间隔，尤其是模拟量电缆，并且做好屏蔽，防止信号干扰。

上述各点由计算机工程师在工程师站做好操作程序、中控显示画面。

2．5 变频器的调试

合康变频器的调试十分简洁。确认外部接线无误后，用变频器面板简单设置电机的一些基本参数。合康变频器采用全中文大屏幕LCD显示，面板轻触按钮直接操作，全中文文字表述，很适合国人使用习惯。并且参数设置准确，直观，便捷。运行参数同屏显示，一览无余。在调试中控点位、开关量、模拟量时也无需启动运行电机，只在面板上调节一些参数模拟电机运行，速度，电流等。在模拟调试无误后，再安全的启动电机进行单机试车。调试方法简便，省时，安全。

2线高温风机变频器运行时的监控参数画面

三、 改造效果

3．1 运行良好，稳定可靠

我公司对7台设备进行成功改造后，从9月份运行至今，运行电流较以前平稳，转速波动较以前大大减小。并且从变频柜投入使用至今近4个月，运行十分稳定，未见异常和故障停车现象。并且对于维修人员来讲，也大大减少了对电气和机械设备维修量和维护力度。

3．2方便中控操作，完全满足工艺要求

中控操作员对改造后的使用变频器也十分的满意，感觉操作高压变频很方便，可以随意调节变频器转速达到一个理想位置能够充分满足工艺要求。比较以前用挡板、液藕调节控制精度明显提高，并通过对变频的调节能够很好控制其它工艺参数，间接的增强和提高了熟料的产质量。

3．3 节能效果明显，经济效益显著

7台设备通过变频改造后不但运行稳定，良好可靠，作为节能项目，其节能效果非常显著，令人欣喜。我们与合康公司一起，在11月份生产稳定，工艺操作无大变动的前提下，分别将6台设备（二线窑头排风机因改造原因，未参与测量）在工频状态和变频状态个3天（72小时）的总耗电量进行测量，计算对比和推算，得到了预想不到的经济效益。通过数如下据表可证明：

四、小结

随着变频技术的不断完善、发展，高压变频调速已被不同学科、不同行业的工程技术人员广泛应用于不同领域的调速。目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造成本的竞争，而电动机电耗占成本近30％，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。节约能源是我国的一项基本国策通过改造利用变频调速技术改变设备的运行速度，以调节风量的大小，可以既满足生产要求，又达到节约电能，同时减少因调节挡板而造成挡板和管道的磨损及经常停机检修所造成的经济损失，减少设备维修维护力度，增强对电气设备的保护，延长使用寿命。我公司通过对2条熟料生产线7台高压设备高压变频器的成功改造以及实际运转所取得的良好效果和经济效益已经充分证明了上述结论。

在此，也由衷的感谢合康亿盛公司生产的高质量产品给我公司通过改造带来的经济效益和社会效益。并且该公司的售前售后服务令我们十分满意和感动，也特别感谢调试技术人员在短短的不到一个星期的时间内加班加点、昼夜奋战，一丝不苟的敬业服务，调试改造好7台高压变频设备，是共同协调，配合的结晶，是合康与琉水共同创造的一个神话，一个奇迹！