1前言
福建春馳集團是福建省大型水泥骨干企業(yè)，創(chuàng)建于1993年，公司擁有兩條年產(chǎn)75萬噸新型干法旋窯熟料水泥生產(chǎn)線和一條年產(chǎn)50萬噸旋窯水泥熟料生產(chǎn)線。水泥廠1#、2#除塵風機采用異步電動機拖動，原來的電機運行方式為全速運行，風量調(diào)節(jié)采用擋板控制開度，擋板調(diào)節(jié)存在的如下問題：
（1）大量的能量損耗在擋板的截流過程中。
（2）空氣對擋板閥門和管道沖擊較大，設備損壞嚴重。
（3）擋板執(zhí)行機構為電動執(zhí)行器，不能適應長期頻繁調(diào)節(jié)。
（4）擋板調(diào)節(jié)線性度差，調(diào)節(jié)比較困難，且操作不當會造成風機震動。
采用變頻調(diào)速后，風門全部打開，降低風機轉速，使風機處于高效運行狀態(tài)，節(jié)能效果最佳。變頻器還具有以下優(yōu)點：
（1）實現(xiàn)軟啟動，對電網(wǎng)和機械負載的沖擊大大減小，延長了電機和風機的壽命。
（2）降低了軸承和密封的損壞，減少了維護工作量。
（3）采用變頻調(diào)速，轉速調(diào)節(jié)方便，利用調(diào)節(jié)器4～20mA電流信號，變頻器可以調(diào)節(jié)電機轉速，線性度較好，風量調(diào)節(jié)平穩(wěn)。
水泥廠領導決心對除塵風機進行調(diào)速改造，考慮到國產(chǎn)高壓變頻器設備水平已接近國際水平，能滿足運行要求，公司公開招標，進行性價比比較，結果山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-280F型高壓變頻調(diào)速器勝出。
2現(xiàn)場除塵風機及電機參數(shù)
現(xiàn)場1#、2#除塵風機設備參數(shù)相同，下面表1給出1#除塵風機基本參數(shù)。
表1為現(xiàn)場電機參數(shù)，表2為風機參數(shù)。
表1 電機參數(shù)

負載名稱
1#除塵風機
所帶負載類型
離心風機

型號
YKK450-10
額定電壓（V）
6000

額定電流(A)
35.6
額定功率(kW)
280

額定頻率（Hz）
50
功率因數(shù)
0.81

額定轉速(rpm)
593
絕緣等級
F

生產(chǎn)廠商
蘭州電機有限責任公司



表2 風機參數(shù)

型號
XY46-SY2500D
額定風壓（Pa）
1800

額定風量（m3/h）
330000
額定轉速(rpm)
590

額定功率(kW)
280
氣體溫度（℃）
230

生產(chǎn)廠商
浙江義烏星耀風機有限公司

3山東新風光電子JD-BP37系列高壓變頻器突出特點
風光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯(lián)多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)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。產(chǎn)品2003年被列為國家重點新產(chǎn)品，高壓提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)2005年被列為國家火炬計劃項目，獲科技部中小企業(yè)技術創(chuàng)新基金項目資助。2007年，高壓變頻器被評為中國名牌產(chǎn)品，是國內(nèi)高壓變頻器行業(yè)為數(shù)不多的兩個名牌產(chǎn)品之一。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。現(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉換至工頻運行。公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態(tài)，還可實現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)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(diào)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)單元直流電壓檢測：實時顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓，從而實現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使保證運行維護人員實現(xiàn)對功率單元運行狀況的全面把握。
(7)單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術，可以將其使用壽命提高1倍。
(8) 通過控制器可實現(xiàn)對各單元直流濾波電容壽命的檢測，實現(xiàn)在年檢中對單元電解電容器進行檢測，根據(jù)出廠時電解電容器的特性的比較與趨勢，可得出對電解電容器壽命的猜測，提前預知電解電容器是否可繼續(xù)運行，避免由于電容器運行出現(xiàn)非預期的系統(tǒng)故障，并實現(xiàn)運行維護人員對功率單元設備狀況的及時把握。
(9) 散熱結構設計合理，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結構，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過壓范圍(≥1.15Ue)，設備可靠性更高。
(10) 具有雙路控制電源，一路為經(jīng)干式變壓器變壓后的電源，一路為外部控制電源，這樣在調(diào)試過程中，無需加入高壓主電源，就可以檢測輸出波形的正常與否。對于在現(xiàn)場安裝調(diào)試以及人員培訓很方便，大大提高了安全性。
(11)具備突發(fā)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。變頻器在發(fā)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(fā)生。
(12)限流功能：當變頻器輸出電流超過設定值，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護，最大限度減少停機次數(shù)。
(13) 故障自復位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過電流保護時，可自動復位，繼續(xù)運行。
4改造方案
4.1實施過程
根據(jù)用戶現(xiàn)場要求，采用兩臺高壓變頻器分別對1#、2#除塵風機一拖一控制，采用手動工頻旁路方案，以1#除塵風機變頻改造方案為例說明，主回路如下圖1所示：

K0 用戶原高壓開關
K1、K2和K3 變頻器旁路開關柜高壓隔離開關
BPQ JD-BP37-280F高壓變頻器
M 高壓電動機
變頻器控制除塵風機為一拖一控制，旁路開關柜用于工/變頻切換。K1，K2和K3為三個高壓隔離開關，要求K2和K3不能同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。K2斷開，K1和K3閉合，窯頭風機變頻運行；K1和K3斷開，K2閉合，除塵風機工頻運行。
1#除塵風機高壓變頻器現(xiàn)場照片設備如圖2所示。

4.2變頻器具有多種控制方式
該設備有三種控制方式 ：
（1）以壓力、流量為控制對象的閉環(huán)控制：以輸入的4～20mA模擬量值為控制依據(jù)，實現(xiàn)自動控制。
（2）以轉速為控制對象的開環(huán)控制：該方式在遠程操作（DCS或遠程操作箱上操作）用戶可根據(jù)工況條件自設定轉速，變頻器以該轉速為控制值，該方式下頻率的變化依據(jù)用戶輸入的模擬量，4mA對應0轉速，20mA對應額定轉速。
（3）以頻率為控制對象的開環(huán)控制：該方式在就地操作（設備本體上操作）直接從觸摸屏上設置輸出頻率，變頻器以該頻率為控制目標值。
以上三種控制方式用戶可通過人機界面（觸摸屏）設置，滿足不同的工況要求。
4.3 現(xiàn)場DCS控制
本系統(tǒng)選用以轉速為控制對象的開環(huán)控制：該方式在遠程操作（DCS上操作）用戶可根據(jù)工況條件自設定轉速，變頻器以該轉速為控制值，該方式下頻率的變化依據(jù)用戶輸入的模擬量，4mA對應0轉速，20mA對應額定轉速。

如圖3所示，DCS系統(tǒng)輸出 4～20mA電流信號控制JD-BP37高壓變頻器的運行頻率， 來控制電機的運行轉速。 JD-BP37高壓變頻器反饋4～20mA電流信號指示JD-BP37高壓變頻器的輸出頻率、輸出電流。JD-BP37高壓變頻器同時接收DCS控制系統(tǒng)的啟動、停止、急停、復位控制信號，調(diào)整運行狀態(tài)。
當JD-BP37高壓變頻器故障時，系統(tǒng)輸出故障停機和報警信息，用于提示用戶啟動故障處理措施，同時JD-BP37高壓變頻器將信號發(fā)送給DCS，在DCS系統(tǒng)上顯示故障，以便于及時的排除故障。如果系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況，DCS監(jiān)視人員立即點擊變頻器緊急停止按鈕，此時變頻器立即封鎖輸出，并及時跳開現(xiàn)場6kV開關。
為保證JD-BP37高壓變頻器操作的安全性，需從改造電機的進線開關柜把斷路器的狀態(tài)信號接入JD-BP37高壓變頻器。 JD-BP37高壓變頻器輸出的故障跳閘信號接入斷路器的分閘回路，連跳高壓信號接入安全回路，當出現(xiàn)嚴重故障時及時跳開斷路器保護JD-BP37高壓變頻器及電機。
4.4多種控制保證措施，保證產(chǎn)品可靠運行
水泥行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的性質(zhì)決定了用于水泥廠用的高壓變頻器需要有很高的可靠性，保證安全生產(chǎn)。水泥廠一般地處偏遠，供電質(zhì)量相對不高，對設備的電網(wǎng)適應性問題突出。相對適應進口品牌高壓變頻器，風光牌高壓變頻器拓撲結構采用功率單元串聯(lián)技術方案，產(chǎn)品具有對電網(wǎng)電壓的適應范圍寬（－65％～115％Un），單元故障自動旁路、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(wǎng)波動和負載擾動能力，大大提高產(chǎn)品在水泥應用現(xiàn)場的可靠性。
5 節(jié)能效果分析
2009年9月24日，變頻器正式投入運行，至今運行良好。為了對水泥廠1#、2#除塵風機節(jié)能效果統(tǒng)計分析，以1#除塵風機為例計算說明。在用戶正常生產(chǎn)相同的情況下，選取1#除塵風機變頻改造前6月10日至6月19日工頻運行情況，變頻改造后選取10月15日至10月24日，統(tǒng)計對比情況如下表3所示。
表3 1#除塵風機運行效果統(tǒng)計對比表

序號
變頻改造前運行情況
變頻改造后運行情況


時間
運行電流
時間
輸入電流
輸出電流
運行頻率

1
09.6.10
33.4A
09.10.15
13.1A
21.0A
39.10Hz

2
09.6.11
32.5A
09.10.16
25.0A
34.0A
49.00Hz

3
09.6.12
33.5A
09.10.17
9.1 A
16.9 A
34.50 Hz

4
09.6.13
32.8A
09.10.18
15.4 A
24.4A
40.60Hz

5
09.6.14
33.0A
09.10.19
14.6A
23.5 A
39.80Hz

6
09.6.15
32.9A
09.10.20
18.0 A
25.6 A
41.60Hz

7
09.6.16
33.4A
09.10.21
15.2 A
24.2 A
40.40Hz

8
09.6.17
33.5A
09.10.22
15.6 A
24.6 A
41.00Hz

9
09.6.18
32.1A
09.10.23
16.0 A
30.0A
41.00Hz

10
09.6.19
32.9A
09.10.24
19 .0A
26.0 A
42.00Hz

改造前平均運行電流：33.0 A，功率因數(shù)0.78
改造后平均輸入運行電流：16.1 A，功率因數(shù)0.96

結 果
通過10天性能考核分析：
工頻平均每小時運行功率計算：
P工頻=1.732×6.20kV×33.0A×0.78=276.41 kW
變頻平均每小時運行功率計算：
P變頻=1.732×6.22 kV×16.1A×0.96=166.51 kW
一年按300天計算，年節(jié)約電量：
（276.41 kW—166.51kW）×24h×300天=79.13萬 kW·h。
每度電按0.32元計算，一臺高壓變頻器年可節(jié)約電費：
79.13萬 kW·h×0.32元=25.32萬元。

6結 論
山東新風光電子科技發(fā)展有限公司型號為JD-BP37-280F型高壓變頻器在福建春馳集團新豐水泥公司從投運運行至今，其性能穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯，可以根據(jù)生產(chǎn)的用風情況進行風量調(diào)節(jié)，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
在水泥廠除塵風機的系統(tǒng)中應用高壓變頻器能節(jié)能降耗，是國家大力提倡節(jié)能降耗政策不可缺少的技術手段。根據(jù)高壓變頻器的性能及工作原理，可以廣泛地應用在電力、冶金、石化、水泥、礦山等需要用到高壓電機驅(qū)動的各個行業(yè)。