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1 引言
申豐水泥集團是山東豐源煤電公司投資25億元興建的非煤支柱產業，首期建設4條日產5000t熟料生產線、6座年產100萬t粉磨站。
申豐水泥集團二期新建一條日產5000t新型干法熟料生產線（帶余熱發電及其配套設施），該項目充分吸取一期工程中的經驗，采用了大型輥式立磨、第三代預熱器、純低溫余熱發電、變頻技術、高效除塵器等先進的節能減排技術和裝備，是代表中國水泥最高水平的節能減排應用示范線，先進的工藝裝備為公司今后優質、高產、低耗提供了有力保障，也為公司可持續發展奠定了堅實基礎。
2 現場設備及工藝介紹
申豐水泥二期5000t/d生產線為新建生產線，生產線中窯頭排風機、窯尾排風機、煤磨排風機、循環風機與高溫風機所有的風機電機，均采用山東新風光電子公司生產的jd-bp38系列高壓變頻器進行控制。
現將生產線中各主要風機簡述如下：
（1）煤磨通風機：煤磨是立磨。煤磨前面是皮帶式定料給料機，煤磨運行時把前面給料機下來的煤塊磨制成細粉，經過選粉機選料，合格的煤粉將被煤磨通風機帶到后面的布袋收塵。不合格的煤粉將被選粉機重新送回煤磨磨制。布袋收塵器將煤粉留下，氣體隨通風機排到空氣中。煤磨的布袋收塵器收集到的煤粉，通過皮帶運送到窯頭和窯尾。窯尾的煤粉隨生料一起加熱進入熔爐燃燒，窯頭的煤粉經過羅茨風機加壓，打到回轉窯內燃燒加熱。
（2）窯頭排風機：篦冷機群降溫的氣體含有部分燒成的熟料，經窯頭排風機的牽引進入電收塵器。電收塵器把有用的熟料留下后，打到熟料庫。氣體經窯頭排風機排到大氣中。
（3）窯尾排風機：窯尾排風機的前級為布袋收塵器，布袋收塵器的作用是把循環風機送來的含生料的氣體進行過濾，留下生料，然后氣體經窯尾排風機排入大氣中。另外，經高溫風機送來的含料氣體也進入布袋收塵器，同樣經過濾，留下有用料體后排空。
（4）高溫風機：窯尾和熔爐內的燃燒后的高溫氣體，經過高溫風機的牽引進入五級預熱器。生料和煤粉從最上面投料，經過第一級到第五級的預熱，第五級時的煤粉和生料溫度已經很高，進入熔爐時開始劇烈燃燒。煅燒后的熔體進入回轉窯，co和其它氣體再回到預熱器。加熱完生料和煤的高溫氣體，經過高溫風機牽引，進入余熱發電設備。余熱發電后的氣體溫度仍然比較高，被加濕器加濕降溫后，一部分進入原料立磨，另一部分進入布袋收塵器，回收再利用。
（5）循環風機：生料磨也是立磨，磨制經過前級破碎的石灰石和其它輔助配料，磨制成合乎要求的生料粉，經過選粉機選粉，合格的生料粉隨循環風帶走，不合格的生料被重新打回生料磨重新磨制。循環風機把含有合格生料的氣體抽走，氣體進入4級旋風筒，大量的生料沉入旋風筒下部的料斗，經過皮帶運輸機輸送到生料庫。其他的含少量生料的氣體絕大部分被循環風機送入布袋收塵器。布袋收塵器回收來的生料也要送到生料庫。未進入布袋收塵器的生料被循環風機重新打回生料磨，重新循環。循環風機的作用就是把含料氣體帶走，生料過濾后，再重新循環回到生料磨。
水泥生產線由于產量有時大小有變化，需要各風機的風量也要隨著產量的不同，隨時變化，需要對風機風量進行實時控制，達到控制工藝和節能降耗的目的，因此需要對各風機進行調速控制。變頻器作為電動機的調速設備，有著其他調速設備和方法無可比擬的優點。調速范圍寬，無級調速，啟動沖擊小，輸入功率因數高，提高了電纜和變壓器的帶載能力和利用率，同時降低了生產成本。相對于風門和液力耦合器調節方式，設備運行效率更高，也符合國家節能減排政策的要求。
3 風光jd-bp38系列高壓變頻器技術特點
風光牌jd-bp38系列高壓變頻器以高速dsp為控制核心，采用無速度傳感器矢量控制技術、功率單元串聯多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于ieee519-1992的諧波國際標準，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。2007年，風光牌高壓變頻器被評為中國名牌產品。具體來說，風光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點：
（1）采用高速dsp作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。
（2）飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動。
（3）完整的工頻/變頻自動互切技術。新風光公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態，還可實現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個轉換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。
（4）旋轉中再啟動功能。運行過程中高壓瞬時掉電3s內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。
（5）線電壓自動均衡技術（星點漂移技術）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。
（6）具備突發相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。風光變頻器在發生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發生。
4 風光高壓變頻器在水泥行業應用中的主要問題與應對措施
4.1高溫風機的管道“塌料”問題導致電機過流甚至跳停問題
山東新風光電子公司作為目前國內水泥行業高壓變頻器的專業生產制造商，其研制的高壓變頻調速系統特別針對高溫風機的運行情況進行了研究分析，并提出相應的解決方案。技術研發人員經過深入應用現場，了解掌握高溫風機的不定期的尖峰負荷運行情況，總結應用經驗，推出了針對水泥生產線窯尾高溫風機的專用技術，從硬件設計、控制軟件設計等多方面，對高壓變頻器進行全方位的設計改進，有效地避免了一般高壓變頻器在運行中由于“塌料”所導致的反復跳機，為水泥企業保證生產安全性、經濟性提供了可靠保證。風光牌高壓變頻器目前已在多條旋窯生產線的高溫風機得到實際應用，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，大大降低了由于高溫風機停運對生產造成的影響，取得節能、增效的巨大效益，得到用戶普遍認可。
4.2電機在旋轉情況下啟動的問題由于風門擋板在未關嚴或其他原因，受風機的拖動，電機處于旋轉狀態，啟動在旋轉中的電機時，風光高壓變頻器可自動搜索跟蹤電動機轉速并按照設定加減速時間啟動電機（即飛車啟動），保證風機安全運行。
對旋轉中再啟動功能的需求，系統提供完備的參數設定功能，保證系統動作有效，保護得當，真正適應現場運行工藝要求。
4.3多種控制保證措施，保證產品生產可靠運行
水泥行業連續生產的性質決定了用于水泥廠的高壓變頻器需要有高可靠性，保證安全生產。水泥廠一般地處偏遠，供電質量相對不高，對設備的電網適應性問題突出。相對進口品牌高壓變頻器，風光高壓變頻器拓撲結構采用功率單元串聯技術，產品對電網電壓的適應范圍寬（－65％～115％un），單元故障自動旁路、星點漂移技術、工頻旁路、瞬時停電再啟動功能、相間短路等多項完善的保護功能技術，提高了抗電網波動和負載擾動能力，大大提高了在水泥應用現場的可靠性。
5 變頻改造控制方案
5.1方案介紹
申豐集團煤磨通風機、窯頭排風機、窯尾排風機、高溫風機及循環風機分別采用山東新風光電子公司生產的高壓變頻器進行一拖一控制。變頻調速系統接入水泥廠現有的dcs系統，dcs根據生產的負荷情況，實現對風機風量的實時控制。通過dcs對5臺高壓變頻器運行狀態進行集中監控。在變頻調速系統操作方面，有遠程控制和本地控制兩種方式，這兩種控制方式可提高系統的可靠性。
5.2變頻控制旁路柜
560kw煤磨通風機、710kw窯頭排風機、1600kw窯尾排風機、4000kw循環風機旁路柜采用一拖一手動工/變頻切換方案。2800kw高溫風機旁路柜采用一拖一自動工/變頻切換方案。旁路柜在變頻器進、出線端增加了2個隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機運行于旁路時，能安全地進行變頻器的故障處理或維護工作。
560kw煤磨通風機、710kw窯頭排風機、1600kw窯尾排風機旁路柜主要配置：1個真空接觸器（km3）和2個刀閘隔離開關k1、k2。4000kw循環風機旁路柜主要配置：km3為斷路器和2個刀閘隔離開關k1、k2。2800kw高溫風機旁路柜主要配置：km1、km2為真空接觸器，km3為斷路器和2個刀閘隔離開關k1、k2。
（1）高溫風機自動旁路柜
2800kw高溫風機自動旁路柜主回路如圖1所示。
km2與km3實現電氣互鎖，當km1、km2閉合，km3斷開時，電機變頻運行；當km1、km2斷開，km3閉合時，電機工頻運行。另外，km1閉合時，k1操作手柄被鎖死，不能操作；km2閉合時，k2操作手柄被鎖死，不能操作。
電機工頻運行時，若需對變頻器進行故障處理或維護，切記在km1、km2分閘狀態下，將隔離刀閘k1和k2斷開。
合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號串聯于km1、km2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時，真空接觸器km1、km2合閘不允許；在km1、km2合閘狀態下，若變頻器出現故障，則“合閘允許”斷開，km1、km2跳閘，分斷變頻器高壓輸入電源。
旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號并聯于km3合閘回路。變頻運行狀態下，若變頻器出現故障且自動投入允許，或者需要將電機從變頻投入到工頻狀態運行（按下“工頻投切”按鈕），系統將首先分斷變頻器高壓輸入、輸出開關km1和km2，經過一定延時后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路km3合閘，電機投入電網工頻運行。
（2）煤磨通風機、窯頭排風機、窯尾排風機、循環風機手動旁路柜
煤磨通風機、窯頭排風機、窯尾排風機、循環風機系統采用一拖一手動工/變頻切換方案，通過切換，可以在變頻器故障狀態下，切換到工頻狀態運行，其主回路如圖2所示。
k1、k2為2個高壓隔離刀閘，k1、k2處于變頻運行回路上，km1、km2為變頻上電瞬間實現限流電阻切換時所用，k10為用戶工、變頻轉換改造時加的一個轉換開關。為了確保不向變頻器輸出端反送電，k2與km3采用電磁互鎖操動機構，實現電磁互鎖。當變頻運行時，k10打到變頻位置，k1、k2閉合，km3斷開；變頻上電后，通過內部程序，km2會自動吸合將限流電阻引入主回路以消除大電流沖擊，上電3s后，km1吸合，km2斷開，變頻可以投入運行。當工頻運行時，k1、k2斷開，km3閉合，k10打到工頻位置，實現原來的串電阻啟動方式。
這是高壓變頻器工、變頻手動切換的典型應用。
6 變頻改造后設備節能情況
為了對比變頻改造節能情況，對一期工程中4#5000t/d生產線與二期5000t/d生產線在基本相同產量下，工頻、變頻相應的運行數據進行了統計，現將部分數據分析整理如下。
6.1 設備概況
二期5000t/d水泥生產線風機及選用高壓變頻器設備如表2所示。
7 結束語
目前，水泥行業的競爭非常激烈，但關鍵還是制造成本的競爭。電動機電耗占成本近30％，因此做好電動機的降耗增效工作就顯得尤為重要。從申豐水泥集團二期5000t/d生產線風機變頻改造使用效果看，高壓變頻器系統運行穩定，維護量小，節能效果顯著，為用戶的正常生產和節能降耗做出了貢獻。高壓變頻調速器節能技術目前已經比較成熟，是水泥廠節能改造的理想手段，具有很高的推廣價值。
來源：OFweek工控網