1　引言
　　高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)，主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速，其技術(shù)和性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過以前采用的調(diào)速方式(如串級(jí)調(diào)速、液力耦合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子水阻調(diào)速等)。高壓變頻以其顯著的節(jié)能效益、高的調(diào)速精度、寬的調(diào)速范圍、完善的保護(hù)功能、方便的通信功能，得到了廣大用戶的認(rèn)可和市場的確認(rèn)，成為企業(yè)電機(jī)節(jié)電方式的首選方案。山東水泥廠有限公司現(xiàn)有兩條熟料生產(chǎn)線，高溫風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)熟料生產(chǎn)至關(guān)重要，對(duì)設(shè)備要求特別苛刻，因此在高壓變頻器的選用上非常謹(jǐn)慎，2007年2月15日采用北京合康hivert-y06/173高壓變頻器在我公司2#3#窯安裝調(diào)試，穩(wěn)定運(yùn)行至今，為國產(chǎn)高壓變頻器贏得了榮譽(yù)。

2　工況簡述
　　旋窯是一個(gè)有一定斜度的圓筒狀物，預(yù)熱機(jī)來的料從窯尾進(jìn)入到窯中，借助窯的轉(zhuǎn)動(dòng)來促進(jìn)料在旋窯內(nèi)攪拌，使料互相混合、接觸進(jìn)行反應(yīng)，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動(dòng)在窯內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)。窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的余熱廢氣，在窯尾高溫風(fēng)機(jī)的作用下，通過預(yù)熱器對(duì)進(jìn)入窯尾前的生料進(jìn)行預(yù)熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風(fēng)機(jī)抽出進(jìn)入廢氣處理(除塵及排出)。均化好的生料預(yù)熱后在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒成熟料，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)需要合適的氣壓及溫度，才能使煤粉有一定的懸浮時(shí)間進(jìn)行充分燃燒，生料才能在窯內(nèi)達(dá)到很好的熱處理。窯內(nèi)因物料的堆積變化很大，所以瞬時(shí)氣壓變化頻繁。窯尾高溫風(fēng)機(jī)一方面用來調(diào)整窯內(nèi)氣壓，另一方面回轉(zhuǎn)窯內(nèi)鍛燒后的高溫熟料出來有廢氣，廢氣帶灰，通過窯尾高溫風(fēng)機(jī)引出由電收塵器將灰塵進(jìn)行處理，再將廢氣排掉。
　　山東水泥廠目前有2條干法懸窯生產(chǎn)線，日產(chǎn)為1700t、2300t，并擁有一臺(tái)7.5mw中、低溫余熱發(fā)電機(jī)組，2條窯生產(chǎn)線，配置的高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)為6kv、1250kw，在高溫風(fēng)機(jī)的電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間，配有液力耦合器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，整個(gè)工藝過程主要是通過dcs的控制來調(diào)節(jié)液力耦合器的速度從而調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，達(dá)到控制窯內(nèi)負(fù)壓。在運(yùn)行時(shí)仍靠風(fēng)機(jī)擋板進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，當(dāng)窯系統(tǒng)工況變化較大時(shí)，現(xiàn)場值班人員根據(jù)中控制室的指令對(duì)液力耦合器的勺桿進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，運(yùn)行操作非常不便。2006年7～8月，公司分別對(duì)1700t窯生產(chǎn)線的窯頭引風(fēng)機(jī)、2300t窯生料系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻調(diào)速改造，目前運(yùn)行情況良好。而高溫風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)的耗電量還少于原液力耦合器調(diào)節(jié)的耗電量。
　　經(jīng)過對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì)原系統(tǒng)的風(fēng)壓控制由原來的液力耦合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機(jī)與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對(duì)電機(jī)本身進(jìn)行調(diào)速，調(diào)整窯尾預(yù)熱器(高溫風(fēng)機(jī)入口)的壓力為工況要求值。變頻器設(shè)備接入用戶側(cè)高壓開關(guān)和擬改造電機(jī)之間，變頻器控制接入原有的dcs系統(tǒng)，由dcs系統(tǒng)來完成正常操作。

3　改造過程簡述
　　經(jīng)過對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì)原系統(tǒng)的風(fēng)壓控制由原來的液力耦合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機(jī)與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對(duì)電機(jī)本身進(jìn)行調(diào)速，最后達(dá)到調(diào)整窯尾預(yù)熱器(高溫風(fēng)機(jī)入口)的壓力為工況要求值。液力耦合器本身能耗達(dá)10%以上，而且需要油泵及冷卻水來輔助運(yùn)行，故障率較高，特別是在夏季因耦合器產(chǎn)生熱量較大，需加入四組冷油器，用循環(huán)水強(qiáng)降溫，水消耗量大，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，如圖1所示。

圖1　油站及冷油器

　　變頻器設(shè)備接入用戶側(cè)高壓開關(guān)和擬改造電機(jī)之間，變頻器控制接入原有的dcs系統(tǒng)，由dcs系統(tǒng)來完成正常操作。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時(shí)將電機(jī)切換至工頻狀態(tài)下運(yùn)行，且切換方式為自動(dòng)切換。變頻器故障時(shí)，電機(jī)自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行，這時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)升高，風(fēng)壓會(huì)發(fā)生很大變化，影響窯內(nèi)物料的煅燒質(zhì)量，故此時(shí)應(yīng)及時(shí)在dcs上對(duì)高溫風(fēng)機(jī)的風(fēng)門進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)，降低風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量至工況要求值。變頻器及其工頻旁路開關(guān)由變頻器整體配套提供。電機(jī)、高壓斷路器保留了用戶原有的設(shè)備。高溫風(fēng)機(jī)配合康hivert系列高壓變頻器，其主要參數(shù)為:變頻器型號(hào)hivert-y06/173，隔離變壓器容量1800kva，旁路開關(guān)柜容量400a。
　　由于原電機(jī)控制為液力耦合器調(diào)速，為了安裝變頻器，必須重新設(shè)計(jì)變頻器專用房。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，我們選擇在高壓配電室旁另建一變頻器專用房，此地方距高壓室較近，動(dòng)力電纜敷設(shè)方便。由于現(xiàn)場灰塵較大，而變頻器為強(qiáng)迫風(fēng)冷，設(shè)備內(nèi)空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，在房間通風(fēng)設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)了大面積專用進(jìn)風(fēng)窗，房間不另設(shè)其它窗口，基本上是密閉設(shè)計(jì)。采用專用過濾棉濾網(wǎng)的通風(fēng)窗，這樣使進(jìn)入變頻器室內(nèi)的空氣經(jīng)過通風(fēng)窗濾灰，進(jìn)入變頻器室內(nèi)的灰塵大大減小，如圖2所示。

專用進(jìn)風(fēng)窗一

專用進(jìn)風(fēng)窗二

專用進(jìn)風(fēng)窗三
圖2　過濾棉濾網(wǎng)的通風(fēng)窗

　　由于本變頻器功率較大，為保證足夠的通風(fēng)冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨(dú)立安裝了一整體風(fēng)罩，與各自的出風(fēng)口連成整體，保證變頻器整體冷卻通風(fēng)要求，即使在夏季高溫季節(jié)也不需開空調(diào)進(jìn)行降溫，如圖3所示。

3#窯變頻器及風(fēng)道

2#窯變頻器及風(fēng)道
圖3　變頻器及風(fēng)道

　　為減小安裝成本，動(dòng)力電纜保留了原高壓柜至電機(jī)的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至變頻器，再重新由高壓柜到變頻器敷設(shè)一根動(dòng)力電纜，由于變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。變頻改造后，由于需要取消原液力耦合器，我們按照液力耦合器的聯(lián)接尺寸設(shè)計(jì)制作了一套直接連接軸來代替液耦。連接軸的基座安裝尺寸、軸連接中心尺寸、軸徑尺寸、軸與電機(jī)及風(fēng)機(jī)側(cè)的連接靠背輪均與原液耦一致，安裝時(shí)，僅需將原液耦拆除，將連接軸代替液力耦合器，現(xiàn)場僅作少量調(diào)整即可達(dá)到安裝要求，而不用對(duì)風(fēng)機(jī)及電機(jī)作任何調(diào)整，安裝方便快捷，如圖4所示。

圖4　液力耦合器拆除后的連軸器

　　安裝高壓變頻后，原繞線電機(jī)的滑環(huán)進(jìn)行短接，廢除了原水電阻啟動(dòng)器，電機(jī)的維護(hù)量減少，綜合運(yùn)行成本大幅度下降，且高壓變頻啟動(dòng)時(shí)間任意可調(diào)，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行起了良好的保護(hù)。

4　變頻前后耗電情況對(duì)比
　　山東水泥廠于2006年起開始將高壓變頻器應(yīng)用窯頭引風(fēng)機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)、生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造，目前高壓變頻運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，平均節(jié)電率達(dá)到20%以上，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。公司安裝高壓變頻前后數(shù)據(jù)對(duì)比如附表所示:

附表　安裝高壓變頻器前后的用電數(shù)據(jù)對(duì)比

5　變頻改造總結(jié)
　　根據(jù)山東水泥廠對(duì)水泥廠高溫風(fēng)機(jī)的高壓變頻器的安裝及使用情況，總結(jié)變頻器改造有以下優(yōu)點(diǎn)。
(1)安裝簡單，即將原高壓開關(guān)柜與電動(dòng)機(jī)之間插入安裝變頻器，對(duì)原有接線改動(dòng)不大;
(2)操作使用方便，變頻器操作只有簡單的開機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整;
(3)能進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，適用性強(qiáng);
(4)保護(hù)功能完善，故障率低，排風(fēng)機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，可靠性高;
(5)電動(dòng)機(jī)不需長期高速運(yùn)行，工作電流大幅度下降，節(jié)電效果顯著;
(6)由于變頻器取代了液耦調(diào)速，消除了機(jī)械及液壓高故障率的缺陷，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用降低;
(7)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行振動(dòng)及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。

6　結(jié)束語
　　交流變頻調(diào)速器，以適用性強(qiáng)、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它可應(yīng)用在調(diào)速、節(jié)電、軟啟動(dòng)方面，對(duì)企業(yè)有很大的實(shí)用價(jià)值。合康公司高壓變頻器在山東水泥廠對(duì)兩條生產(chǎn)線的五臺(tái)電機(jī)進(jìn)行了成功的改造，不僅節(jié)能效果明顯，提高了整個(gè)系統(tǒng)的工藝性能，同時(shí)也使兩條生產(chǎn)線大大提高了產(chǎn)量，得到車間的好評(píng)，并在山東省水泥行業(yè)中產(chǎn)生了很大的影響。