高壓變頻節能技術在水泥生產線的應用

2011-01-05 06:12:58曹漢紅

水泥技術 2011年3期

關鍵詞：節約變頻器

曹漢紅

高壓變頻節能技術在水泥生產線的應用

Application of Energy-saving High-pressure Frequency Conversion Technology in the Cement Production Line

曹漢紅

1 概述

水泥生產中電動機負載電耗占成本近30%，而拖動風機用的高壓電動機在電機中占有很大的比重，對一條水泥生產線，其中有25%～30%的電能是用于拖動各種類型風機上，因此做好電動機的降耗增效工作就顯得極為重要。

目前我國水泥廠工藝生產線中有許多大型風機，包括窯尾高溫風機、循環風機、窯尾排風機、窯頭排風機、煤磨排風機，以往這些設備大多采用異步電動機拖動定速運行，電動機容量按最大負載來選擇。而上述五大風機在正常生產時并不用以全速運行，采用傳統風門調節轉差損耗大、效率低,造成資源浪費。例如原來窯尾高溫風機都采用液力耦合器加液體變阻器的起動調速方式，由于液力耦合器調速范圍窄，過大的調速比會引起工作介質發熱嚴重，同時效率下降，經常無法正常工作。而采用變頻調速可以合理地調整電機的轉速，大大提高電動機的效率，減少運行成本和降低設備運轉中的故障率。

2 設備技術參數

河北燕趙水泥有限公司5000t/d生產線五臺大型風機全部采用高壓變頻控制裝置。生產線投產兩年來，該裝置一直運轉良好。

高壓電機及風機技術參數見表1、2。

根據上述技術參數，河北燕趙水泥有限公司工程選用北京某公司的高壓變頻設備，技術參數見表3。

3 本工程采用的高壓變頻器的特性

3.1 高質量電源輸入

變頻設備對電網的諧波污染主要取決于整流電路的結構和特性，目前減少電網諧波污染的主要方式有兩種：多重化整流和PWM整流。通常單元串聯多電平高壓變頻器整流脈沖數較多，對電網諧波污染較小。

本工程變頻裝置采用輸入側隔離變壓器二次線圈經過移相，為功率單元提供電源，對6kV而言，相當于30脈沖二極管整流輸入，消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網側諧波（尤其是低次諧波）的產生。變頻器引起的電網諧波電壓和諧波電流含量滿足IEEE 519-1992《電源系統諧波控制推薦規程和要求》和GB/T 14549-1993《電能質量公用電網諧波》對諧波含量的最嚴格的要求，無需安裝輸入濾波器即可保護周邊設備免受諧波干擾。

表1 高壓電機參數

表2 風機參數

表3 高壓變頻器參數

變頻器額定輸入功率因數大于0.96，無需功率因數補償電容，減少無功輸入，降低供電容量。

3.2 完美的輸出性能

變頻設備輸出諧波對電機的影響主要有：引起電機附加發熱，導致電機額外升溫，電機往往要降額使用，諧波還會引起電機轉矩脈動，噪音增加。dv/dt和共模電壓會影響電機絕緣。

本工程變頻器采用的是單元串聯脈寬調制疊波（或稱功率單元多重化）輸出，6kV系列每相6個單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形為幾近完美的正弦波。高壓變頻裝置具有以下優點：

·無需輸出濾波裝置；

·可以驅動普通高壓電動機，而不會增加電機溫升，降低電機容量；

·電機電纜無任何長度限制；

·保護電機絕緣不受dv/dt應力的損害；

·不會因為諧波力矩而降低設備使用壽命。

3.3 友好的用戶界面

（HIVERT）變頻裝置采用全中文LCD顯示，面板輕觸按鈕直接操作，更適合國人使用習慣。

·全中文文字表述，易學易用；·大屏幕顯示，沒有煩瑣的參數代碼號，參數設置準確、直觀、便捷；

·運行參數同屏顯示，一覽無余；·狀態顯示；·可記錄保存多達十個歷次故障；·閉環運行時PID參數可在線調整。

3.4 其他特性

·高可靠性；

·高效率，在額定工況下，系統總效率高達96%以上，其中變頻部分效率＞98%；

·功率單元模塊化結構，可以互換；

·限流功能；

·旋轉啟動功能；

·輸出電壓自動調整；

·瞬時停電功能；

·寬廣的輸入電壓范圍，更適合國內電網條件；

·功率單元光纖通訊控制，完全電氣隔離；

·內置PID調節器，可實現閉環運行；

·隔離RS485接口，采用MODBUS通訊規約；

·具有本地、遠程、上位等三種控制方式；

·全面的故障監測電路、及時的故障報警和保護、準確的故障記錄。

同時針對水泥行業連續運轉的生產需要，變頻器設備廠家還為每臺變頻器增設了工頻旁路的設計，通過自動旁路柜與DCS之間的互相連動，在系統檢測到變頻器故障后，通過DCS控制將變頻器直接切換到工頻狀態下運行，待變頻器維修完成后，通過飛車啟動功能，在不需要停機的情況下自動跟蹤風機轉速，將變頻器調到相應的頻率投入運行，保證整個生產過程不間斷。