HIVERT高压变频器在窑尾高温风机节能改造中的应用

摘要： 本文主要介绍了HIVERT高压变频器在窑尾高温风机节能改造中的应用

淮北矿业集团水泥有限责任公司，现有日产2500吨熟料新型干法生产线1条、水泥磨3台、矿粉磨2台，年产优质水泥150万吨，其生产线采用全自动化操作，是国内比较先进的水泥自动生产线，其装机容量为16000KW ，年用电量在1亿KWH左右，属于耗能大户。目前，水泥企业竞争日益加剧，生产成本的高低决定了水泥企业在市场竞争的地位，水泥生产企业很大一部分成本浪费在能耗上，电费又在涨价，降低水泥生产过程中的电能消耗越来越引起了业界的重视。在水泥生产中，风机使用较多，耗电量也较大，用阀门控制风量，电机功率设计设计偏大，造成能量浪费。

高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于交流电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式（如：降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力耦合调速）。变频调速以其显著的节能效益，高精确的调速精度，宽范围的调速范围，完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通信功能，运行安全可靠、安装使用、维修维护方便，节能效果显著。我公司在窑尾窑尾高温风机和窑头排风机使用了北京合康亿盛科技有限公司生产的HIVERT高压变频器，本文就HIVERT高压变频器在我公司窑尾高温风机主电机应用进行分析总结。

一、改造方案

1、窑尾高温风机的连接方式：电机---液力偶合器---风机。

2、高温风机及电机的技术参数：

 风机型号：

W6-2*29-4№30.5风量：460000ｍ³/ｈ.进口风压：-7500Pa ，       转速：960rpm。

电机参数：

电机型号：YKK630-6                    额定功率：1400kW

额定电压：6kV                         额定电流：160A

功率因数：0.879

3、风量调节通过液力偶合器调速，开度为35%,风门开度为100%，就能满足生产的要求。偶合器调速范围有限，高速丢转约5%-10%，低速转差损耗大,最高可达额定功率的15%,因效率与速度成正比，低速时效率极低，精度低、线性度差、响应慢，启动电流大，装置大，无法软启动，偶合器故障时，无法切换运行，维护复杂、费用大，不能满足提高装置整体自动化水平的需要。电机为鼠笼电机，启动电流大，无法软启动，始终全速运行。浪费电能

 因此，公司决定对高温风机进行节能改造。

二、改造情况：

改造使用了北京合康亿盛科技有限公司生产的HIVERT高压变频器

合康变频公司生产的HIVERT高压变频器在我公司的现场使用图

1、变频器选型及性能特性

根据电机容量，选用北京合康亿盛科技有限公司自主研发和生产，适合驱动高压异步电动机的变频器HIVERT-Y06/173(额定输出电流为173A，适配1400kW的异步电动机)。

2、主要技术性能指标

 
高温风机一次回路图

3、一次回路图

因高温风机功率大，配置的变频器功率大，所以上电冲击电流大，为限制冲击电流，增加启动柜，使启动变频器的冲击电流限制在很小的范围内。

自动旁路柜，在变频器进、出线端有两个隔离刀闸，以便在变频器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。

旁路柜主要配置：三个真空接触器（KM1、KM2、KM3）和两个刀闸隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行；当KM1、KM2断开，KM3闭合时，电机工频运行。另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作；KM2闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。

电机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，切记在KM1、KM2分闸状态下，将隔离刀闸K1和K2断开。

合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时，真空接触器KM1、KM2合闸不允许；在KM1、KM2合闸状态下，若变频器出现故障，则“合闸允许”断开，KM1、KM2跳闸，分断变频器高压输入电源。

旁路投入：将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下，若变频器出现故障且自动投入允许，或者需要将电机从变频投入到工频状态运行（按下“工频投切”按钮），系统将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2，经过一定延时后，“旁路投入”闭合，即工频旁路开关KM3合闸，电机投入电网工频运行。

保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。

4、二次回路及控制

控制器由光纤板，信号板，主控板，接口板和监视器组成，各部分之间的联系如下图所示。

控制系统与功率单元之间采用光纤通信，实现了强弱电之间的光电隔离。

变频器系统控制原理图

5、控制方式

HIVERT变频器有三种控制方式：

l本地控制：从变频器操作界面控制电机的启动和停机，并能完成变频器的所有控制；

l远程控制：通过内置接口板接受来自现场的开关量控制；

l上位控制：通过RS485接口，采用MODBUS通讯协议，接收上位DCS系统的控制。

速度设置方式（或闭环运行时的给定方式），HIVERT变频器有多种速度设置方式，在闭环运行时，速度设置方式即为被控量的给定方式：

l本地设置：通过操作屏设置运行频率；

l模拟设置：接收DCS系统0-10V或4-20mA模拟信号设置运行频率或被控量给定值；

l通讯设置：通过通讯方式接收来自DCS系统的运行频率或被控量给定值；

l多档设置：通过开关量设置多档运行速度或被控量给定值；

l闭环调节：由PID自动设置运行频率。

对外接口

l模拟量输入：2路，4～20mA 或0～10VDC 。4～20mA时输入阻抗250Ω，0～10VDC电压输入时输入阻抗≥10MΩ。用于接收速度设置或被控量设置的模拟信号；现场的流量、压力、烟气浓度等信号。

l模拟量输出：2路，4～20mA 或0～10VDC输出。4～20mA输出时最大阻抗500Ω，0～10VDC电压输出时最小阻抗5000Ω。以模拟方式输出变频器的运行速度；变频器的输入、输出电压、电流、功率及功率因数等变量。

l数字量输入：12路，光电隔离，隔离电压500VAC。接收远程控制信号，速度给定开关信号及各开关状态等。

l数字量输出：9路，中间继电器隔离，隔离电压750VAC，接点容量5A。输出变频器状态，控制主电源开断等。

l通讯接口：隔离RS485，MODBUS通讯规约，实现与上位系统的通讯。

图9接线端子定义

6、可靠性保证

HIVERT-Y系列变频器从研发、生产到整机测试，每个环节都将可靠性放在第一位，确保用户使用的安全性和可靠性，现从以下几点分别说明。

7、原理

HIVERT-Y采用先进的功率单元串联叠波（又称功率单元多重化结构）方式、空间矢量控制的正弦波PWM调制方法，利用成熟的低压变频器技术和功率器件IGBT，从原理上保证了系统的可靠性，并使变频器的输入输出波形得到极大改善，在美国该方式变频器号称完美无谐波。

功率单元和控制系统之间采用光纤通讯，实现强弱电间的完全电气隔离，提高了整个系统的抗干扰能力。

三、节能分析：

1、改造后测试数据(风门开度100%，液力偶合器开度100%回转窑投料180T/H)

2、效益比较：

    高温风机改变频跳速后正常生产实测数据见上表，从表可以看出，经变频改造后，满足生产正常的情况下，风机的输入功率明显减少，每小时节电量为134.7KWH.

窑的运转率为92% 每年节约用电:365d×92%×24×134.7=1085574.24 KWH

每年节约电费： 综合电价为0.55元/ KWH

 1085574.24×0.55=59.7万元

3、高温风机改变频跳速后对其他设备的影响：

（1）电机启动为低速软启动，减少了对电机和电网的冲击延长电机的使用寿命。

（2）避免了使用液力偶合器调速速度不稳的问题，也避免了夏天油温度高偶合器经常出现故障现象。

（3）提高了自动控制的能力。

（4）电机的转速低，电机轴瓦的温度降低，解决了夏天轴瓦温度高的问题。

（5）使用变频调速，实现了实时恒定运行，提高了系统的安全稳定性。

目前，北京合康亿盛科技有限公司生产的HIVERT高压变频器在我公司应经使用7个月，不但操作方便、容易、维护量小，而且有明显的节能效果。增强了运行的安全可靠性，达到较好的节能效果，提高经济效效益。运行期间没有发生任何故障。