[摘要]針對于大功率高壓變頻器在大功率風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能上廣泛的應(yīng)用，本文介紹了燒制煉鋼用活性灰的大型回轉(zhuǎn)窯用引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造的節(jié)能預(yù)測和在鋼廠在的實(shí)際應(yīng)用。在采用電機(jī)工頻拖動(dòng)的運(yùn)行的工況中，由于風(fēng)壓過大，檔板調(diào)節(jié)量不足對運(yùn)行工況造成的生產(chǎn)操作復(fù)雜與能源的浪費(fèi)狀況，所產(chǎn)生的應(yīng)用高壓變頻器進(jìn)行速度調(diào)節(jié)運(yùn)行的實(shí)際需求。并預(yù)測調(diào)速運(yùn)行后能產(chǎn)生的效益。在高壓變頻器投入運(yùn)行后，對運(yùn)行工況的改善，能量節(jié)約的狀況進(jìn)行測量與匯總。

[關(guān)鍵詞]  高壓變頻器    節(jié)能    回轉(zhuǎn)窯

1、 引言：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持繼發(fā)展，國內(nèi)各類能源消耗逐漸增大，限于能源開采能力與從國外進(jìn)口的限制，使我國的能源供應(yīng)十分緊張。但我國各行業(yè)的能源利用處于比較原始，能源浪費(fèi)還非常嚴(yán)重，如何高效利用能源已經(jīng)被國家擺在重要的戰(zhàn)略位置。

工業(yè)大型風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)都按20-30年的運(yùn)行期考慮，綜合風(fēng)機(jī)葉片，爐膛，風(fēng)道等損耗，密封的變化，風(fēng)動(dòng)介質(zhì)的擾動(dòng)的綜合因素，余量都選得較大。特別對于爐膛運(yùn)行用的風(fēng)機(jī)，在運(yùn)行后，由低溫空氣介質(zhì)變?yōu)楦邷乜諝饨橘|(zhì)，在同等的輸出風(fēng)量條件下，其要求的功率也隨之大幅下降。檔板的開度經(jīng)常處于60%-40%之間運(yùn)行，使大量的電能都浪費(fèi)在的檔板截流，介質(zhì)擾動(dòng)，和風(fēng)壓損耗上。利用調(diào)速運(yùn)行的方式降低各類損耗，提高電能的利用率真，已經(jīng)是大型風(fēng)機(jī)節(jié)能高效運(yùn)行的首要選擇方式。

隨著現(xiàn)代變流技術(shù)的發(fā)展，硅元件制造工藝的提高，大功率、高電壓的電力電子器件制造愈加成熟，性能不斷提高，價(jià)格不斷下降。應(yīng)用大功率IGBT、CPLD、DSP制作的大功率高壓變頻器技術(shù)相應(yīng)成熟，價(jià)格逐步下降，已能將高壓變頻器高昂的價(jià)格降為企業(yè)能夠接受的價(jià)格門檻，在大型風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能調(diào)速的范圍高壓變頻器出現(xiàn)了大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用，本文專門介紹在鋼廠中的石灰回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)的高壓變頻技術(shù)改造的應(yīng)用。

2、華菱漣源鋼鐵集團(tuán)石灰車間石灰回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)簡介：

（1）、華菱漣源鋼鐵集團(tuán)田湖公司活性石灰車間，活化石灰生產(chǎn)線上的核心設(shè)備是石灰燒制回轉(zhuǎn)窯系率，其結(jié)構(gòu)示意圖如下：

                                           圖1   回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)示意圖

（2）、工作流程：

回轉(zhuǎn)窯處于備用  → 窯中加預(yù)熱木料  → 用煤油點(diǎn)火  → 窯中溫度升到額定  →引風(fēng)機(jī)運(yùn)行 → 噴煤粉  → 連續(xù)投料  → 連續(xù)出料  → 根據(jù)窯溫對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)  → 定時(shí)沖窯皮  → 根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃停料  → 停止噴煤  → 強(qiáng)風(fēng)冷卻窯體  →停止引風(fēng)機(jī)  →  修窯  → 備用

（3）、引風(fēng)機(jī)設(shè)備型號(hào)：

風(fēng)機(jī)型號(hào)為GW-GR168D,額定壓力8000Pa。

電動(dòng)機(jī)型號(hào)YKK450-2-4，功率500KW。

引風(fēng)機(jī)電機(jī)啟動(dòng)采用水阻啟動(dòng)器，啟動(dòng)器內(nèi)水溶液為兩噸，啟動(dòng)一次的溫升為30攝氏度。

（4）引風(fēng)機(jī)運(yùn)行流程：

在木料烘窯后期，啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)，點(diǎn)燃煤粉，使木料充份燃燒，并將灰分吸出。當(dāng)窯內(nèi)溫度均衡后，降低出風(fēng)量，連續(xù)投料開始。風(fēng)量采用檔板調(diào)節(jié)，正常時(shí)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的負(fù)壓為100-250Pa，運(yùn)行擋板開度為25%左右。冷卻窯體時(shí)，運(yùn)行檔板開度為90%。在冷卻完畢后，修窯初期，擋板開度為10%，用于窯內(nèi)清灰。

3、引風(fēng)機(jī)電機(jī)定速拖動(dòng)的運(yùn)行簡介：

（1）引風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)：

引風(fēng)機(jī)的慣量力矩輸大，在廠內(nèi)的電網(wǎng)容量條件下，直接啟動(dòng)時(shí)電機(jī)的啟動(dòng)電流很高，將引起高壓電源進(jìn)線保護(hù)動(dòng)作，必須采用軟啟動(dòng)器進(jìn)行啟動(dòng)。每一次啟起引起水阻啟動(dòng)器溫升30至40攝氏度，當(dāng)連續(xù)三次啟動(dòng)時(shí)，將會(huì)使啟動(dòng)器內(nèi)水溶液沸騰，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)失敗。水阻器在沸騰后，需二天的時(shí)間方能冷卻至正常溫度。在操作在決定了電機(jī)每天的啟動(dòng)次數(shù)必須的二次之內(nèi)。

（2）引風(fēng)機(jī)運(yùn)行：

運(yùn)行中，由于電機(jī)的余量較大，常常將檔板調(diào)到25%左右運(yùn)行，在高轉(zhuǎn)速，低負(fù)荷的運(yùn)行工況下，風(fēng)機(jī)振動(dòng)較大，現(xiàn)場噪音極強(qiáng)，工作環(huán)境非常惡劣。當(dāng)擋板調(diào)到10%以下時(shí)，由于負(fù)壓過大，會(huì)引管道和前側(cè)高壓除塵器的喘振，危及設(shè)備運(yùn)行安全。

（3）石灰燒制期間的運(yùn)行：

回轉(zhuǎn)窯采用煤粉加熱，由于煤粉的灰度較大，在燃燒中灰分在窯壁上積累，俗稱窯皮。當(dāng)窯皮積累到一定程度時(shí)，將會(huì)影響出料。這時(shí)將停下煤槍，用水將窯皮炸開，稱為沖窯皮。在沖窯皮時(shí)，引風(fēng)機(jī)擋板關(guān)至最低。

在上午出料，下午入料時(shí)，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行擋板開度調(diào)至15%左右，晚間大火燒制時(shí)，引風(fēng)機(jī)擋板調(diào)至25%左右。

（4）引風(fēng)機(jī)運(yùn)行風(fēng)量由擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)，檔板執(zhí)行機(jī)構(gòu)為大力矩電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在控制室內(nèi)進(jìn)行操作。

4、引風(fēng)機(jī)定速拖動(dòng)時(shí)的缺陷：

（1）引風(fēng)機(jī)電能損耗嚴(yán)重：

●電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，每次啟動(dòng)水阻啟動(dòng)器的電能消耗約為正常運(yùn)行時(shí)一天耗電量。

●正常運(yùn)行時(shí)，擋板開度在25%左右，在擋板兩側(cè)風(fēng)壓較大，出現(xiàn)極大的節(jié)流損耗和風(fēng)壓損耗。

●由于電機(jī)工作時(shí)負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電機(jī)額定，且風(fēng)機(jī)流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)定流量，在高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的擾動(dòng)，使電機(jī)運(yùn)行振動(dòng)較大，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)換效率低。

●由于啟動(dòng)次數(shù)的限制與啟動(dòng)時(shí)電能的消耗，在其它附屬設(shè)備出現(xiàn)問題進(jìn)行短時(shí)維修時(shí)，引風(fēng)機(jī)繼續(xù)保持運(yùn)行，由于風(fēng)量較大，散熱較快，不但是耗費(fèi)電能，同時(shí)為保持窯溫，還需經(jīng)常噴粉加溫，增大的煤粉的消耗量。

（2）工作環(huán)境惡劣：

●在進(jìn)行木料烘窯時(shí)，由于引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后風(fēng)量太大，引起木料燃燒過快，使窯內(nèi)加溫時(shí)間不夠。烘窯時(shí)，不運(yùn)行引風(fēng)機(jī)，不但點(diǎn)火費(fèi)油費(fèi)時(shí)，而且現(xiàn)場煙霧很大，環(huán)境變差，每次烘窯后車間都是遍地黑灰。

●沖窯皮時(shí)，引風(fēng)機(jī)不停，使沖窯皮時(shí)危險(xiǎn)性加大，易出現(xiàn)灼傷事故。

●在進(jìn)行修窯時(shí)，為防止系統(tǒng)喘振，引風(fēng)風(fēng)量較大，增加了工作的危險(xiǎn)程度。

●引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)，噪音極大，使旁邊的電工室內(nèi)振動(dòng)和噪音都超標(biāo)，危害操作者的人身健康。

（3）對設(shè)備的危害：

●啟動(dòng)時(shí)電流較大，不但使廠內(nèi)電源產(chǎn)生波動(dòng)，耗電較大。同時(shí)對電機(jī)壽命降低。

●運(yùn)行中振動(dòng)大，使電機(jī)軸承，風(fēng)機(jī)軸承磨損較大，且造成風(fēng)道，高壓除塵裝置的使用年限降低。

●擋板內(nèi)外風(fēng)壓相差較大，使擋風(fēng)板調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)電機(jī)磨損程度加快。

5、風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行時(shí)的節(jié)能原理：

（1）風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性：

離心式風(fēng)機(jī)，其屬于平方轉(zhuǎn)矩類型的負(fù)載，在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的特性曲線如右圖：。
圖2  離心式風(fēng)機(jī)特性曲線（β=90o）

Ｈ—Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速為恒定時(shí)，表示風(fēng)壓與風(fēng)量間的關(guān)系特性。

Ｎ—Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速為恒定時(shí)，表示功率與風(fēng)量間的關(guān)系特性。

η—Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速為恒定時(shí)，表示風(fēng)機(jī)的效率特性。

（2）風(fēng)機(jī)流量的確定：

風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，一定轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的離心壓力作用在一個(gè)截面上時(shí)，介質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)的通過量，就是我們所說的流量，風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，通過風(fēng)機(jī)壓力與管網(wǎng)阻力的共同作用，出現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的流量輸出，我們稱之為工況點(diǎn)，其特性曲線如右圖： 

圖3  風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)

M   ——  工況點(diǎn)

R   ——  管網(wǎng)的阻力曲線

H   ——  風(fēng)機(jī)壓力曲線

（3）風(fēng)機(jī)流量的調(diào)節(jié)方法：

●通過改變管網(wǎng)阻力實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)輸出的調(diào)節(jié)

當(dāng)管網(wǎng)阻力發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，風(fēng)壓隨之上升，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工況點(diǎn)將改變，風(fēng)機(jī)的輸出流量將隨之發(fā)生變化，其特性曲線如右圖：

圖4  管網(wǎng)阻力變化時(shí)的風(fēng)機(jī)流量特性曲線

在實(shí)際運(yùn)行中，是通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開關(guān)程度來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)擋板的開度減小時(shí)，管網(wǎng)阻力隨之加大。擋板的三種開度對應(yīng)R1、R2、R3三種阻力工況，則在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，其與風(fēng)機(jī)壓力特性曲線分別出現(xiàn)了M1、M2、M3三種工況點(diǎn)。三種工況點(diǎn)對應(yīng)的三個(gè)流量Q1、Q2、Q3就是在轉(zhuǎn)速不變是，三種擋板開度所對應(yīng)的三個(gè)流量。從中可以看出，調(diào)節(jié)擋板的開度，即可以調(diào)整風(fēng)機(jī)輸出流量的多少。

●通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)

改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)機(jī)的壓力特性曲線隨之改變，當(dāng)管網(wǎng)阻力不變時(shí)，其特性曲線如右圖：

圖6  改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的特性曲線

當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速定為n1、n2、n3時(shí)，每個(gè)轉(zhuǎn)速都對應(yīng)其相應(yīng)的壓力特性曲線，在管網(wǎng)阻力R不變的情況下，工況點(diǎn)隨之改變?yōu)?/span>M1、M2，其對應(yīng)的流量變?yōu)?/span>Q1、Q2。

在實(shí)際中，采用高壓變頻器，內(nèi)反饋串級調(diào)速電機(jī)，液力耦合器等方法達(dá)到對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而在管網(wǎng)阻力不變的情況下調(diào)節(jié)流量。

（4）風(fēng)機(jī)定速運(yùn)行與風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行在輸出同等風(fēng)量時(shí)的比較：

當(dāng)風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為n1，擋板全開管網(wǎng)壓力為R1，額定流量為Q1時(shí)，通過調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的二種方法，將輸出流量改變?yōu)?/span>Q2，其運(yùn)行工況的差異如右圖所示：

 圖7  管網(wǎng)阻力與風(fēng)機(jī)速度調(diào)節(jié)流量時(shí)的工況點(diǎn)差異

 從圖中可以看出，在輸出同等流量的情況下，用擋板調(diào)節(jié)的工況點(diǎn)是M3，運(yùn)行時(shí)壓力為Hf。用速度調(diào)節(jié)的工況點(diǎn)是M2，運(yùn)行時(shí)壓為H2。

（5）兩種風(fēng)量調(diào)節(jié)方法消耗能量的差異：

從上面可以看出，調(diào)節(jié)擋板與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的最大差異在于風(fēng)壓，兩種運(yùn)行方式風(fēng)機(jī)吸收軸功率的差異為： 

根據(jù)風(fēng)機(jī)功率消耗的相擬性理論，得出結(jié)論：

用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量與用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風(fēng)量對比，隨著實(shí)際輸出流量與風(fēng)機(jī)額定流量差值的加大，其能量的消耗差異也呈平方比例系數(shù)加大。

6、風(fēng)機(jī)調(diào)速改造方案的調(diào)研：

（1）液力耦合器調(diào)速方案：

優(yōu)點(diǎn)：

●液力耦合器價(jià)格便宜。

●操作簡單，維修方便。

●水冷卻系統(tǒng)不需單獨(dú)安裝，可以直接使用回轉(zhuǎn)窯的水冷系統(tǒng)。

缺點(diǎn)：

●調(diào)速效率低，節(jié)能效果差。

●機(jī)械傳動(dòng)方式，運(yùn)行故障率高，且需定時(shí)加液力油。

●安裝時(shí)需加在電機(jī)與風(fēng)機(jī)中間，則要重作電機(jī)基礎(chǔ)，期間將造成生產(chǎn)停頓。

●當(dāng)在運(yùn)行中液力耦合器出現(xiàn)問題時(shí)，只能停產(chǎn)修理。

（2）串級調(diào)速電機(jī)調(diào)速方案：

優(yōu)點(diǎn)：

●價(jià)格宜中。

●可以安裝于原電機(jī)基礎(chǔ)上。

●調(diào)速時(shí)效率高。

缺點(diǎn)：

●需更換電機(jī)。

●調(diào)速范圍窄，最低速只到額定的50%。

●電機(jī)為繞線式，需每年更換碳刷。

（3）高壓變頻器調(diào)速方案：

優(yōu)點(diǎn)：

●全范圍調(diào)速，啟動(dòng)時(shí)間可以根據(jù)工況自行設(shè)定。

●運(yùn)行效率高，功率因數(shù)高。

●技術(shù)先進(jìn)，在低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)溫升低，噪音低，增加電機(jī)壽命。

●可以頻繁啟動(dòng)，保持啟動(dòng)電流在電機(jī)額定電流之內(nèi)。

缺點(diǎn)：

●價(jià)格較貴。

●操作參數(shù)較多，需對操作人員培訓(xùn)。

（4）采用調(diào)速運(yùn)行后節(jié)能效果計(jì)算：

●設(shè)備參數(shù)

引風(fēng)機(jī)型號(hào)為GW-GR168D （IDF），其性能參數(shù)為：               異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YKK450-2-4，其性能參數(shù)為
                      

●回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行時(shí)的風(fēng)機(jī)參數(shù)

2005年2月1日—3月2日回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)的測試結(jié)果如下：

●利用相似理論分析回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)調(diào)速的運(yùn)行數(shù)據(jù)

風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行后的運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系式為：

Qa = QA n / n0

Pa = PA( n / n0  )2( ρ / ρ0 )

Qb = QB n / n0

Pb = PB( n / n0  )2( ρ / ρ0 )

為了方便計(jì)算，近似認(rèn)為性能曲線成線性關(guān)系，即：

( Pc – Pb )/ (Qc –Qb ) = ( Pa – Pb )/ (Qa –Qb )

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與運(yùn)行電流：

●根據(jù)原運(yùn)行數(shù)據(jù)和以上公式計(jì)算后得出調(diào)速運(yùn)行工作狀態(tài)：

（5）調(diào)速運(yùn)行后的效益估算：

●根據(jù)以上計(jì)算出的調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)，定速運(yùn)行單位電耗 280.32Kw.h，調(diào)速運(yùn)行后單位電耗61.8Kw.h，每小時(shí)節(jié)電達(dá)212.52Kw.h

●以上為在理想狀況下的單位節(jié)能，在實(shí)際運(yùn)用中，考慮到設(shè)箅的效率轉(zhuǎn)換，調(diào)速裝置的損耗，還應(yīng)乘以0.85的額外消耗系數(shù)，實(shí)際單位節(jié)電按180 Kw.h進(jìn)行計(jì)算。

●以正常年工作300天計(jì)算，其節(jié)電總量為：1，296，000Kw.h。

●以電價(jià)每Kw.h費(fèi)用0.57元計(jì)算,年節(jié)約電量應(yīng)達(dá)738,720元。

（6）最終選擇方案：

經(jīng)過對以上對調(diào)速方案的論證，節(jié)能效果的計(jì)算。并對進(jìn)行了上述三種方案改造過的廠家進(jìn)行現(xiàn)場考察，并結(jié)合回轉(zhuǎn)窯實(shí)際流程的要求，綜合以上因素，選用高壓變頻器調(diào)速方案作為石灰車間回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)調(diào)速改造方案。

7、高壓變頻器性能參數(shù)：

（1）高壓變頻器的類型：

●高—低—高三電平高壓變頻器

●功率器件直接串聯(lián)變頻器

●多電平單元串聯(lián)疊加電壓源型變頻器

●SGCT器件串聯(lián)電流型變頻器

（2）變頻器類型的選擇：

●我們在選擇時(shí)除了考慮一些常規(guī)的性能指標(biāo)外，還著重注意：設(shè)計(jì)上是否相對有其特點(diǎn)，選用的元件是否穩(wěn)定、成熟；產(chǎn)生的諧波分量是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；電源短時(shí)中斷恢復(fù)時(shí)對其影響程度；個(gè)別元件故障時(shí)能保持短時(shí)間的運(yùn)行等功能。

●在以上類型中，SGCT器件串聯(lián)電流型變頻器最為先進(jìn)，但是國內(nèi)無法生產(chǎn)，均為國外產(chǎn)品，其中加拿大羅克韋爾公司的PowerFlexM7000系列的變頻器性能優(yōu)秀，且對現(xiàn)場適應(yīng)能力強(qiáng)，但是價(jià)格過于昂貴。

●在國內(nèi)，多電平單元串聯(lián)疊加電壓源型變頻器屬于最為先進(jìn)，同時(shí)在現(xiàn)場考察中，其運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果良好，功率因數(shù)高。經(jīng)過多方比較，決定采用多電平單元串聯(lián)疊加電壓源型變頻器。

（3）多電平單元串聯(lián)疊加電壓源型變頻器性能：

通過對國內(nèi)生產(chǎn)多電平單無串聯(lián)疊加電壓源型變頻器廠家的情況，并進(jìn)行了比較，最后選擇了哈爾濱九洲電氣股份有限公司。其產(chǎn)品特點(diǎn)：

●調(diào)速范轉(zhuǎn)寬，可以從零轉(zhuǎn)速到工頻轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。

●在大電機(jī)上能實(shí)現(xiàn)小電流的軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)的方式可以根椐現(xiàn)場工況進(jìn)行調(diào)整。

●頻率的調(diào)整是根據(jù)電機(jī)在低頻下的壓頻比系數(shù)進(jìn)行電壓和頻率的輸出，在低轉(zhuǎn)速下，電機(jī)不僅是發(fā)熱量低，而且輸入電壓低，將使電機(jī)絕緣老化速度降低。

●串聯(lián)多重化疊加技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了真正意義的高-高電力變換，無需降壓升壓變換，降低了裝置的損耗，提高了可靠性，解決了高壓電力變換的困難。串聯(lián)多重化疊加技術(shù)的應(yīng)用還為實(shí)現(xiàn)純正弦波、消除電網(wǎng)諧波污染開辟了嶄新的途徑。

●高功率因數(shù)，達(dá)0.95以上，無需另加功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，避免了因無功帶來的罰款。

●效率高，高達(dá)96%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可控硅大功率調(diào)速裝置。

●符合IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，不對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，完全無需任何濾波裝置。

●對電機(jī)不產(chǎn)生諧波污染，有效降低了電機(jī)的發(fā)熱量，噪聲與采用工頻供電時(shí)相近。

●轉(zhuǎn)矩脈沖很低，不會(huì)導(dǎo)致電機(jī)等機(jī)械設(shè)備的共振，同時(shí)也減少了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨損。

●輸出波形完美，失真度小于1% 。

●電動(dòng)機(jī)的電應(yīng)力強(qiáng)度與采用工頻供電時(shí)相近，無需配備特殊電動(dòng)機(jī)。

●與電機(jī)的連接不受電纜長度的限制。

●采用大規(guī)模門陣列CPLD電路，實(shí)現(xiàn)了PWM控制的高度實(shí)時(shí)性、快速性和準(zhǔn)確性。

●兩光纖實(shí)時(shí)傳送技術(shù)，獲得了國家發(fā)明專利，使得控制單元與功率單元之間的通訊更加迅速、可靠。

●特別設(shè)計(jì)的H橋逆變電路，已獲得了國家專利，為系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性提供了保障。

●完善的功率單元旁通技術(shù)，已獲得了國家專利，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

控制部分采用高性能的DSP和FPGA芯片，使得控制系統(tǒng)的性能大大提高，實(shí)現(xiàn)恒定V/F和恒轉(zhuǎn)矩控制，提升特性可任意設(shè)定，滿足各種機(jī)械啟動(dòng)及運(yùn)行的要求。

●優(yōu)秀的DSP軟件數(shù)學(xué)模型，使得系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和效率大大提高

8、設(shè)備安裝系統(tǒng)調(diào)試

2005年3月，高壓變頻器在在灰車間安裝。

（1）系統(tǒng)回路：

●在系統(tǒng)回路中，加旁路系統(tǒng)，當(dāng)變頻器故障時(shí)即可通過路繼續(xù)運(yùn)行引風(fēng)機(jī)。

●保持原有高壓開關(guān)保護(hù)設(shè)定。

●將水阻啟動(dòng)器嵌入旁路系統(tǒng)，用于旁路運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)。

●根據(jù)以上的需求，的經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，其主回路如右圖：

圖8 引風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)圖

（2）變頻器安裝流程：

●根據(jù)變頻器安裝要求，做變頻器基礎(chǔ)。

●安裝變頻器。

●做高壓聯(lián)屏電纜

●接控制連鎖線

●接入控制電源電纜

●控制回路調(diào)試完成后，連接主回電纜。

（3）調(diào)試流程：

● 相關(guān)變頻器工作的一、二次設(shè)備安裝、組態(tài)完畢；

● 變頻器柜內(nèi)變壓器耐壓試驗(yàn)、直流電阻測量合格；

● 6KV電纜、變頻器閘刀柜內(nèi)支持瓷瓶、避雷器等試驗(yàn)合格；

● 檢查各接線正確、緊固；

● 變頻器參數(shù)設(shè)置正確；

● 引風(fēng)機(jī)等機(jī)務(wù)設(shè)備具備試車條件。

● 閘刀閉鎖功能試驗(yàn)：

主要檢查出線閘刀和旁路閘刀的機(jī)械閉鎖功能；“高壓允許合閘”閉鎖功能；防止帶負(fù)荷拉合閘刀功能。

● 靜態(tài)調(diào)試：

將變頻器控制電源送上，引風(fēng)機(jī)開關(guān)處于試驗(yàn)狀態(tài)。檢查“本機(jī)控制”（數(shù)字鍵盤控制）、“遠(yuǎn)方控制”（液晶觸摸屏控制，遠(yuǎn)方控制箱控制）時(shí)的開關(guān)動(dòng)作狀態(tài)及變頻器面板、觸摸屏畫面上的各種狀態(tài)顯示是否正確對應(yīng)。

● 動(dòng)態(tài)調(diào)試：

引風(fēng)機(jī)開關(guān)、變頻器柜將正式通電。分別檢查“工頻旁路”狀態(tài)以及“變頻控制”狀態(tài)下，在變頻器面板和遠(yuǎn)方控制箱上操作引風(fēng)機(jī)、變頻器的啟、停、調(diào)是否正常，轉(zhuǎn)速、電流是否正確；在“工頻旁路”狀態(tài)時(shí)與“變頻控制”狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)向是否一致；在“變頻控制”時(shí)人為模擬故障保護(hù)動(dòng)作、信號(hào)是否正確。

● 帶負(fù)荷試驗(yàn)：

主要了解正常運(yùn)行工況下引風(fēng)機(jī)、變頻器的風(fēng)量、電流、轉(zhuǎn)速（頻率）；檢查變頻器額定輸出電流時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速、變頻器頻率。

9、 回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造后的運(yùn)行：

石灰車間回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)于2005年3月18日用高壓變頻器調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速方法投入生產(chǎn)。

（1）石灰回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行參數(shù)變化：

●變頻器啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定為120秒，在啟動(dòng)中電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，電機(jī)電流保持在60A電流之內(nèi)。

●在回轉(zhuǎn)窯用木料烘窯時(shí)，引風(fēng)機(jī)電機(jī)在8赫茲的頻率下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)極為安靜，此時(shí)的風(fēng)量正可滿足木材充分燃燒，且不會(huì)使燃燒速度過快。

●最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電機(jī)在25赫茲運(yùn)行，風(fēng)機(jī)振動(dòng)大大減輕，在旁邊的電工室內(nèi)已感不到明顯的風(fēng)機(jī)震動(dòng)。

●在進(jìn)行沖窯皮或進(jìn)行短時(shí)維修時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行于2赫茲或停止，不但引風(fēng)機(jī)電量消耗減少，同時(shí)風(fēng)量減小，使回轉(zhuǎn)窯溫度下降速度變慢，在比較短時(shí)間內(nèi)完成的不必進(jìn)行噴煤加溫。

●通過變頻器頻率的精確調(diào)整，使入料和出料時(shí)窯溫保持在最佳狀態(tài)。

（2）引風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行后的電量消耗：

●6月17日到6月23日變頻運(yùn)行實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

●高壓變頻改造后，引風(fēng)機(jī)在滿足回轉(zhuǎn)窯負(fù)壓的情況下，風(fēng)機(jī)電流明顯減少，由25A-35A降為11A-23.5A變頻器輸入電流則降到6A 以下，風(fēng)機(jī)平均每小時(shí)電耗也由280.32Kw.h降到54.5Kw.h，節(jié)電率為80.1%。

（3）高壓變頻運(yùn)行后，相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行變化：

●避免了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對電機(jī)的沖擊損害，對電網(wǎng)的沖擊。

●提高了引風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制能力。

●減少了引風(fēng)機(jī)和高壓除塵器的振動(dòng)。

●由于轉(zhuǎn)速的降低,對風(fēng)機(jī)的葉輪、軸承等壽命得以延長。

●擋風(fēng)板保持全開狀態(tài)，降低了磨損，且大力矩執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作次數(shù)減少，故障率降低。

10 石灰車間回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能與效益：

1）引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間：

●石灰車間回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)為十二天一個(gè)生產(chǎn)周期，十天進(jìn)行活性石灰生產(chǎn)，二天進(jìn)行修窯。

●引風(fēng)機(jī)月運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間：

24小時(shí)×30天×10天/12天 = 600小時(shí)

●引風(fēng)機(jī)年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間：

600小時(shí)×11月 = 6600小時(shí)

●引風(fēng)機(jī)運(yùn)行單耗節(jié)約量：

 280.32Kw.h -54.5Kw.h =225.82 Kw.h

●引風(fēng)機(jī)月節(jié)約電量：

225.82 × 600 = 135492 Kw.h

●引風(fēng)機(jī)年節(jié)約電量：

225.82×6600 =1490412 Kw.h

●石灰車間電價(jià)是每Kw.h花費(fèi)0.57元

●引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行每小時(shí)節(jié)約電費(fèi)：

225.82 × 0.57 =128.72元

●引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行每月節(jié)約電費(fèi)：

135492 × 0.57 =77230.44 元

●引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行年節(jié)約電費(fèi)：

1490412 × 0.57 =849534元

11、 結(jié)束語

    通過高壓變頻器通過在活性石灰回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用，其在應(yīng)用變頻調(diào)速運(yùn)行的用電量和定速運(yùn)行的用電量的差異，顯示出的在我國企業(yè)中老式風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式所造成的能源浪費(fèi)相當(dāng)觸目驚心。

國外的一些經(jīng)濟(jì)學(xué)家說過，中國是在能源緊缺的情況下大量地浪費(fèi)能源，同時(shí)外國將高壓變頻器這種現(xiàn)代電力電子產(chǎn)品對我國以高昂進(jìn)行推銷，獲得高額的利潤。

國產(chǎn)的高壓變頻器在中等功率開發(fā)與生產(chǎn)已經(jīng)成熟，可以和國外的產(chǎn)品一比高下。當(dāng)隨著我國在大功率與超大功率高壓變頻上不斷取得進(jìn)展，其價(jià)格將進(jìn)一步趨于合理，預(yù)示高壓變頻器這種現(xiàn)代電力電子的高科技產(chǎn)品將在我國能源高效利用的領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]  謝毓城  電力變壓器手冊        機(jī)械工業(yè)出版社

[4]  王喜魁  泵與風(fēng)機(jī)              中國電力出版社

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[6]  孫錫生   煅燒活性石灰的各種窯型及優(yōu)缺點(diǎn) 中國金屬學(xué)會(huì)第十屆煉鋼年會(huì)

[7]  邢玉祿    活性石灰粉鐵水脫硫的研究      第一屆全國爐外處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集

作者簡介 

丁兆國 （1969-）  男   東北農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)        高壓變頻項(xiàng)目負(fù)責(zé)人   

李   （1977-）  男   哈爾濱工程大學(xué)畢業(yè)      高壓變頻項(xiàng)目研發(fā)員