高壓變頻調(diào)速在選粉機排風機上的應(yīng)用

劉毅，王志鋼

高壓變頻調(diào)速在選粉機排風機上的應(yīng)用

Application of High Voltage Frequency Conversion on Cyclone Separator's Exhaust Fan

劉毅，王志鋼

分析了高壓變頻器在水泥廠高壓電動機（原料磨選粉機排風機）中的應(yīng)用。實踐證明，高壓變頻器在降低高壓排風機的用電率、減少啟動電流、提高功率因數(shù)、改進生產(chǎn)工藝水平、提高自動化水平等方面有很好的應(yīng)用前景。

原料磨選粉機排風機；高壓變頻技術(shù)

1 技術(shù)改造背景

目前，水泥行業(yè)競爭日趨激烈，關(guān)鍵還是制造成本的競爭，而電機拖動系統(tǒng)電耗就占成本近30%，尤其風機耗能在電機中占有很大比重，因此做好風機的降耗增效工作就顯得極為重要。若企業(yè)能夠把電費降下來，企業(yè)的市場競爭力就會大大提高。

很多水泥企業(yè)的風機能耗現(xiàn)象嚴重，電力拖動設(shè)備大馬拉小車現(xiàn)象很普遍，存在較大的節(jié)能空間，尤其是6kV高壓電動機,如循環(huán)風機、排風機等，運行時用閥門調(diào)節(jié)生產(chǎn)時需要的風的流量，使得部分設(shè)備電機的能耗有很大一部分浪費在閥門上；又因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損及經(jīng)常停機檢修造成經(jīng)濟損失；在高壓電機直接啟動時，沖擊電流較大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

我公司地處京津地區(qū)，市場競爭壓力很大，同時又是天津市明確需承擔節(jié)能減排義務(wù)的企業(yè)，如果利用調(diào)速技術(shù)改造風機的運行速度，以調(diào)節(jié)風量的大小，既可以滿足生產(chǎn)要求，又能達到節(jié)電的效果。因此，采用節(jié)電裝置進行電機節(jié)電改造勢在必行。我公司正是在這種狀況下，對原料粉磨系統(tǒng)進行高壓變頻技術(shù)改造研究的。該原料粉磨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計

2.1 工藝介紹及分析

2.1.1 改造對象

我公司一線原料磨選粉排風機電機，電機額定功率220kW，為鼠籠電機。

2.1.2 原料選粉過程（見圖1）

調(diào)配好的原料由B14M皮帶送到球磨機，經(jīng)過球磨機加工后通過斜槽1送到出磨斗提B6M，從出磨斗提出來的原料通過斜槽2進入選粉機。在選粉機內(nèi)原料被打碎后，依靠原料磨選粉機排風機B53M的風量變化，根據(jù)離心力原理將合格的細粉通過6個旋風筒送到拉鏈B1M，經(jīng)過入庫斗提和斜槽3最后到原料庫。不合格的原料粉再經(jīng)過皮帶B12M回到球磨機進行再次加工。

2.1.3 原料磨選粉機排風機風量的作用

通過調(diào)節(jié)原料磨選粉排風機的風量變化，可以控制成品原料的細度、系統(tǒng)的循環(huán)負荷（回粉與成品的比例）和球磨機磨況，還有在飽磨或原料品質(zhì)發(fā)生變化等特殊情況下要與系統(tǒng)其他設(shè)備配合調(diào)整。如果原料磨選粉排風機的風量減小，原料粉的細度就會減小；風量增大，原料粉的細度就會增大，同時對系統(tǒng)的循環(huán)負荷和球磨機磨況有較大的影響。

圖1 原料粉磨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

通過對水泥原料工藝的分析了解可知：調(diào)節(jié)原料磨選粉機排風機的風量變化在生產(chǎn)工藝中尤為重要。對選粉機排風機的風量變化要求比較高。原料磨選粉機排風機的風量變化是通過調(diào)節(jié)進口閥門的開度來控制的，但選粉機排風機的6kV電機還是全速運行。

2.2 系統(tǒng)電氣改造

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝要求，可以通過增加ZINVERT高壓變頻技術(shù)對上述設(shè)備的電機進行節(jié)能改造，達到調(diào)節(jié)風量滿足生產(chǎn)工藝要求及節(jié)能的目的。原有配電系統(tǒng)及閥門調(diào)節(jié)系統(tǒng)保留作為備用，以確保設(shè)備運行的可靠性和生產(chǎn)過程的連續(xù)性。

2.2.1 原系統(tǒng)方案（圖2）

原系統(tǒng)6kV開關(guān)柜至電機，電機與風機直接連接。原料磨選粉機排風機的風量變化是通過調(diào)節(jié)進氣閥門的開度來控制的，但選粉機排風機的高壓電機依然是全速運行。

2.2.2 改造后系統(tǒng)方案

經(jīng)過對原系統(tǒng)進行分析，將原系統(tǒng)的風壓控制由原來的工頻拖動改為電動機由變頻輸出拖動，由變頻器對電機進行調(diào)速，最后達到原料磨選粉機排風機的風量與壓力的工況要求值。實現(xiàn)變頻運行到工頻旁路運行以及工頻旁路運行到變頻運行的自動切換功能，按一拖一的方式配置（即一臺高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)拖動一負載），其電氣接線圖如圖3所示。

圖3中，QS是用戶高壓開關(guān)柜的斷路器，J1、J2、J3是變頻器內(nèi)部真空接觸器觸點，K1、K2、K3、K4是變頻器內(nèi)部手動隔離刀閘。

為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時將電機切換至工頻狀態(tài)下運行。電機、高壓斷路保留了原有設(shè)備。高壓變頻器系統(tǒng)配備自動旁路柜，用戶根據(jù)要求可選擇“手動旁路”或“自動旁路”。方案在設(shè)計中的特點：

（1）刀閘K1、K2、K3、K4無機械閉鎖功能，只是在檢修時由手動斷開以形成明顯的斷開點，確保工作人員的安全。在工頻和變頻運行狀況下均處于閉合狀態(tài)。

（2）工頻旁路接觸器J3與變頻進線接觸器J1、變頻出線接觸器J2具備電氣閉鎖功能，不能同時閉合。

（3）當電源斷路器QS合閘后，刀閘K3、K4電氣閉鎖，旁路柜不允許操作。

（4）當ZINVERT高壓變頻器變壓器柜門或功率柜門有任何一柜門未關(guān)閉時，用戶電源斷路器QS不允許合閘。

（5）6kV開關(guān)繼電保護配置保留原有的配置方案。高壓變頻器本身具有繼電保護功能，所以不需要額外的保護配置要求。

（6）在原DCS系統(tǒng)的組態(tài)畫面上加一組運行調(diào)節(jié)圖標，來監(jiān)控調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)的運行。

（7）控制信號接口說明：節(jié)能裝置與原有DCS控制系統(tǒng)信號連接，DCS上位機可以設(shè)置變頻裝置的啟停和設(shè)定運行頻率，同時節(jié)能裝置將各種信號（備妥、電流頻率、變頻器故障和故障復位信號以及運行信號）反饋至中控室，便于中控室集中操作。

（8）在變頻運行狀況下，J1、J2閉合，J3斷開。如需自動切換至工頻運行，此時先停止變頻器輸出，跳閘用戶6kV開關(guān)柜，再由電氣控制依次斷開J2、J1，然后閉合J3使電機切換至工頻側(cè)，再合閘開關(guān)柜，使電機工頻運行。

（9）在工頻旁路運行狀況下J3閉合，J2、J1斷開。如需自動切換至變頻運行，此時由電氣線路控制先跳閘6kV開關(guān)柜，再斷開J3，然后依次閉合J2、J1，再合閘開關(guān)柜，啟動變頻器，完成由工頻旁路運行到變頻運行的自動切換。

（10）旁路柜內(nèi)各刀閘、接觸器與進線斷路器操作連鎖的邏輯說明：

對旁路柜刀閘K1～K4電磁鎖的操作（刀閘采用電磁鎖控制，以防止帶負荷操作，在滿足以下各前提條件時，刀閘的操作才有效）：

K1刀閘操作：J1在分閘狀態(tài)，K1允許操作。

K2刀閘操作：J1、J2在分閘狀態(tài)，K2允許操作。

K3刀閘操作：J3在分閘狀態(tài)、旁路柜未帶高壓，K3允許操作。

圖2 改造前的主接線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 改造后的主接線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

K4刀閘操作：J3在分閘狀態(tài)、旁路柜未帶高壓，K4允許操作。

3 系統(tǒng)特點

高壓變頻調(diào)速技術(shù)在生料粉磨系統(tǒng)中應(yīng)用后，主要體現(xiàn)了以下幾個特點：

（1）節(jié)約電費，顯著提高能源利用效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，增強企業(yè)競爭能力。

（2）用高壓變頻調(diào)速裝置后，功率因數(shù)提高，無需功率因數(shù)補償。

（3）設(shè)備運行與維護費用下降。采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能，在負荷率較低時，電機、風機轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護周期可加長，設(shè)備運行壽命延長；并且變頻改造后風門開度可達100%，運行中不承受壓力，可顯著減少風門維護量；同時由于風門全開，現(xiàn)場運行噪音降低，改善了現(xiàn)場運行工作環(huán)境。

（4）用高壓變頻調(diào)速裝置后，可對電機實現(xiàn)軟啟動，電機使用壽命增長,減少了大電流對供電電網(wǎng)及電機的沖擊,減少了直接啟動時的噪聲。

（5）操作簡單，運行方便，人機界面功能豐富。

（6）提高了運行安全可靠性，設(shè)有工頻運行切換系統(tǒng)，與原系統(tǒng)控制裝置構(gòu)成備用系統(tǒng)，以備故障切換運行，確保系統(tǒng)正常使用。

4 使用維護

（1）安裝運行后，管理、維護工作要到位，維護電氣人員必須經(jīng)過廠家專業(yè)培訓，熟悉其運行維護特點及操作方法；為保證工作安全,從事維修的人員必須持有高壓電工證并配置高壓絕緣工具（包括絕緣靴、絕緣手套、驗電器、遮欄等）。

表1 一線原料磨選粉機排風機電機改造前后數(shù)據(jù)對比

（2）高壓變頻裝置的故障率較低，但為保證其安全穩(wěn)定運行，要注重利用停機時間對高壓變頻器進行細致的檢修，并且日常要定期對變頻器各門窗的過濾網(wǎng)進行清洗清潔，尤其在夏季要注意高壓變頻室的通風，增加濾網(wǎng)清理頻次，保證其內(nèi)部的電子元件設(shè)備正常工作。

（3）作為高壓變頻器的上一級開關(guān)，做好6kV高壓柜的檢修維護工作尤為重要，例如：6kV對高壓開關(guān)備妥、應(yīng)答、驅(qū)動信號回路要保證良好，否則會造成不必要的停車；為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時將電機切換至工頻狀態(tài)下運行。所以在考慮6kV高壓柜保護定值時要按照切換至工頻狀態(tài)下考慮，否則會造成風機運行時切換功能失敗。

（4）保證供電質(zhì)量的穩(wěn)定性，盡量避免突然停送電及接地故障的發(fā)生，避免對高壓變頻器電子元器件運行造成影響。

4節(jié)能分析

一線生料磨選粉機排風機電機進行節(jié)電改造后，磨機平均產(chǎn)量在155t/h，節(jié)電率為36.97%，節(jié)電效果顯著，達到了預期效果。生料磨選粉機排風機電機之前運行功率為114kW，按節(jié)電率36.97%計算，1h節(jié)電42.16kW，一年按300d計算，可以節(jié)約電量30.35萬度，電費按0.55元/度計算，節(jié)約電費16.69萬元。

經(jīng)計算，一線原料磨選粉機排風機電機安裝高壓變頻調(diào)速設(shè)備后，節(jié)電率為36.98%（見表1）。

5結(jié)語

一線生料磨選粉機排風機電機應(yīng)用變頻節(jié)電技術(shù)后，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，未出現(xiàn)過影響主機運轉(zhuǎn)的情況，同時在臺產(chǎn)合理的情況下，節(jié)電效果明顯。結(jié)合以上分析可以看出，通過變頻調(diào)速的技術(shù)改造，不僅節(jié)約用電，而且減少了機電設(shè)備和相關(guān)的機械磨損，延長了設(shè)備使用壽命，降低了維護維修成本，有力地促進了我公司節(jié)能減排工作的開展，達到了節(jié)能降耗的目的。

[1]錢平.交直流調(diào)速控制系統(tǒng)[M].北京:高等教育出版社.

[2]陶毅.變頻調(diào)速技術(shù)在電動機系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力需求側(cè)管理,2006(6):60-61.■

TM921.51

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1001-6171（2012）06-0097-03

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2012-06-08；編輯：趙蓮