安丘山水水泥有限公司坐落于風景秀美、有中國草莓之鄉美譽的安丘市石埠子鎮，系山東山水水泥集團有限公司投資12億元人民幣建設的日產萬噸（2×5000t/d）水泥熟料生產基地。公司注冊資本2.5億元，一期工程5000T/D水泥熟料項目，投資5.40億元人民幣，于2003年10月開工建設，2004年11月6日建成投產。該項目利用當地豐富的石灰石資源，生產優質旋窯水泥熟料，產品除滿足集團青島水泥粉磨站和日照水泥粉磨站市場需要外，部分產品出口海外。公司廠區綠化率40%，粉塵排放和噪聲污染低于國家標準，2005年年初一次通過國家環評驗收。
安丘山水水泥廠從2007年6月，陸續上馬了HICON品牌的2臺大功率高壓變頻器，最大的為窯尾高溫風機6kV 4000kW，采用了合康億盛的HIVERT-Y06/500的高壓變頻器，另一臺為生料磨風機6kV 2500kW，采用了合康億盛的HIVERT-Y06/310的高壓變頻器 。
二、工況簡述
旋窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，預熱機來的料從窯尾進入到窯中，借助窯的轉動來促進料在旋窯內攪拌，使料互相混合、接觸進行反應，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉動在窯內向前運動。窯內燃燒產生的余熱廢氣，在窯尾高溫風機的作用下，通過預熱器對進入窯尾前的生料進行預熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風機抽出進入廢氣處理。均化好的生料預熱后在回轉窯內煅燒成熟料，回轉窯內需要合適的氣壓及溫度，才能使煤粉有一定的懸浮時間進行充分燃燒，生料才能在窯內達到很好的熱處理。窯內因物料的堆積變化很大，所以瞬時氣壓變化頻繁。窯尾高溫風機一方面用來調整窯內氣壓，另一方面回轉窯內鍛燒后的高溫熟料出來有廢氣，廢氣帶灰，通過窯尾高溫風機引出由電收塵器將灰塵進行處理，再將廢氣排掉。
窯尾高溫風機是保證水泥生產線窯內負壓的重要負載，即使在以往工頻運行、采用液力耦合器調速的高溫風機，也常見由于管道“塌料”導致高溫風機電機過負荷跳閘，導致生產中斷。而對于由于變頻器裝置的電力電子器件的過負荷能力的限制，以上由于塌料造成的高溫風機過負荷導致的變頻器保護停機現象如無專業技術是不可避免的，將給水泥生產線造成更多的損害。
高溫風機由于“塌料”導致的過負荷是由于在旋窯水泥生產線生產過程中的預熱器管壁上的粉塵粘附到一定厚度時就會坍塌脫落，造成管道內粉塵濃度增大，阻力增加，負壓升高，使排風機負荷增加或如果垂直煙道或預熱器內在清結皮或有物料塌料時，同樣也會造成氣流波動，使排風管內氣流紊亂，造成高溫風機過負荷停機，該現象的頻繁出現對高溫風機電動機造成損壞。在實際使用過程中的“塌料”現象，會不定期的導致電機運行電流在極短的時間內超出正常電流的數倍，如使用目前國內外一般廠家的通用型高壓變頻器，可能導致變頻器運行過程中頻繁跳機，直接影響高溫風機與水泥生產線的正常運行。
生料磨循環風機在生料磨系統中起到很大作用，通過調節循環風機可以控制磨系統的以下參數：
1．調節磨內通風量：立磨靠風掃磨，通風量要適當。風量不足，合格的生料不能及時帶出，料層增厚，排渣量增多，設備負荷高，產量降低；風量過大，料層過薄，影響磨機穩定運轉。
2．調節磨內壓力： 壓差是指風環處的壓力損失,在磨機運行時，磨內負荷量的變化不僅從磨機電流、料層厚度、振動幅度等參數上反應出來，而且壓差更能反映磨內狀況。
3．調節磨機出口溫度：有效的控制出口溫度，可以保持良好的烘干及粉磨作業條件。
４．調節料層厚度：立磨穩定運轉的另一重要因素是料床穩定。料層穩定，風量、風壓和喂料量才能穩定，否則就要通過調節風量和喂料量來維持料層厚度。若調節不及時就會引起震動加劇，電機負荷上升或系統跳停等問題。
５．調節磨機振動：振動是輥式磨機工作中普遍存在的一個現象,合理的振動是允許的,但若振動過大，則會造成磨盤和磨輥以及襯板的機械損壞。
合康公司技術人員針對高溫風機的運行工藝情況進行了大量的研究分析，并針對性地研制出“負載突變電流控制及追蹤起動技術”，成功地解決了高溫風機的管道“塌料”問題。該產品從2005年投入水泥生產線的變頻改造，從設備的硬件設計、控制軟件設計等多方面對高溫風機的不定期的尖峰負荷運行進行全方位針對性的設計改進。具有這種技術的高壓變頻器有效地避免了其他廠家的通用高壓變頻器在運行中由于“塌料”所導致的反復跳機，與工頻液耦運行相比也降低了跳機的可能性，從而使安裝了變頻器的水泥生產線達到節能又增效，降低電機、風機設備故障率，為水泥企業保證生產安全性、經濟性作出技術與設備保證。
旋窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，預熱機來的料從窯尾進入到窯中，借助窯的轉動來促進料在旋窯內攪拌，使料互相混合、接觸進行反應，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉動在窯內向前運動。窯內燃燒產生的余熱廢氣，在窯尾高溫風機的作用下，通過預熱器對進入窯尾前的生料進行預熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風機抽出進入廢氣處理。均化好的生料預熱后在回轉窯內煅燒成熟料，回轉窯內需要合適的氣壓及溫度，才能使煤粉有一定的懸浮時間進行充分燃燒，生料才能在窯內達到很好的熱處理。窯內因物料的堆積變化很大，所以瞬時氣壓變化頻繁。窯尾高溫風機一方面用來調整窯內氣壓，另一方面回轉窯內鍛燒后的高溫熟料出來有廢氣，廢氣帶灰，通過窯尾高溫風機引出由電收塵器將灰塵進行處理，再將廢氣排掉。
窯尾高溫風機是保證水泥生產線窯內負壓的重要負載，即使在以往工頻運行、采用液力耦合器調速的高溫風機，也常見由于管道“塌料”導致高溫風機電機過負荷跳閘，導致生產中斷。而對于由于變頻器裝置的電力電子器件的過負荷能力的限制，以上由于塌料造成的高溫風機過負荷導致的變頻器保護停機現象如無專業技術是不可避免的，將給水泥生產線造成更多的損害。
高溫風機由于“塌料”導致的過負荷是由于在旋窯水泥生產線生產過程中的預熱器管壁上的粉塵粘附到一定厚度時就會坍塌脫落，造成管道內粉塵濃度增大，阻力增加，負壓升高，使排風機負荷增加或如果垂直煙道或預熱器內在清結皮或有物料塌料時，同樣也會造成氣流波動，使排風管內氣流紊亂，造成高溫風機過負荷停機，該現象的頻繁出現對高溫風機電動機造成損壞。在實際使用過程中的“塌料”現象，會不定期的導致電機運行電流在極短的時間內超出正常電流的數倍，如使用目前國內外一般廠家的通用型高壓變頻器，可能導致變頻器運行過程中頻繁跳機，直接影響高溫風機與水泥生產線的正常運行。
生料磨循環風機在生料磨系統中起到很大作用，通過調節循環風機可以控制磨系統的以下參數：
1．調節磨內通風量：立磨靠風掃磨，通風量要適當。風量不足，合格的生料不能及時帶出，料層增厚，排渣量增多，設備負荷高，產量降低；風量過大，料層過薄，影響磨機穩定運轉。
2．調節磨內壓力： 壓差是指風環處的壓力損失,在磨機運行時，磨內負荷量的變化不僅從磨機電流、料層厚度、振動幅度等參數上反應出來，而且壓差更能反映磨內狀況。
3．調節磨機出口溫度：有效的控制出口溫度，可以保持良好的烘干及粉磨作業條件。
４．調節料層厚度：立磨穩定運轉的另一重要因素是料床穩定。料層穩定，風量、風壓和喂料量才能穩定，否則就要通過調節風量和喂料量來維持料層厚度。若調節不及時就會引起震動加劇，電機負荷上升或系統跳停等問題。
５．調節磨機振動：振動是輥式磨機工作中普遍存在的一個現象,合理的振動是允許的,但若振動過大，則會造成磨盤和磨輥以及襯板的機械損壞。
合康公司技術人員針對高溫風機的運行工藝情況進行了大量的研究分析，并針對性地研制出“負載突變電流控制及追蹤起動技術”，成功地解決了高溫風機的管道“塌料”問題。該產品從2005年投入水泥生產線的變頻改造，從設備的硬件設計、控制軟件設計等多方面對高溫風機的不定期的尖峰負荷運行進行全方位針對性的設計改進。具有這種技術的高壓變頻器有效地避免了其他廠家的通用高壓變頻器在運行中由于“塌料”所導致的反復跳機，與工頻液耦運行相比也降低了跳機的可能性，從而使安裝了變頻器的水泥生產線達到節能又增效，降低電機、風機設備故障率，為水泥企業保證生產安全性、經濟性作出技術與設備保證。
三、不同調速方式的能耗比較
液力耦合器與變頻調速節能比較表
液力耦合器與變頻調速節能比較表
六、節能考核
安裝變頻器后,用戶通過安裝電量表與時間計時器,計量出以下數據:
1. 高溫風機 原工頻輸入電流375A左右,每小時平均耗電量 3120 kWh,安裝變頻器后,輸入電流下降到229-231之間,平均每小時耗電量2309kWh,每小時節約 811kWh,年省電量6163600kWh。
2. 生料磨循環風機 原工頻輸入電流213-215A左右,每小時平均耗電量1842kWh,安裝變頻器后,輸入電流下降到132左右,平均每小時耗電量1327kWh,每小時節約515kWh,年省電量3914000kWh。
下表是以上二臺風機變頻改造前后的數據匯總
安裝變頻器后,用戶通過安裝電量表與時間計時器,計量出以下數據:
1. 高溫風機 原工頻輸入電流375A左右,每小時平均耗電量 3120 kWh,安裝變頻器后,輸入電流下降到229-231之間,平均每小時耗電量2309kWh,每小時節約 811kWh,年省電量6163600kWh。
2. 生料磨循環風機 原工頻輸入電流213-215A左右,每小時平均耗電量1842kWh,安裝變頻器后,輸入電流下降到132左右,平均每小時耗電量1327kWh,每小時節約515kWh,年省電量3914000kWh。
下表是以上二臺風機變頻改造前后的數據匯總
七、變頻改造總結
根據我公司對水泥廠高溫風機、生料磨循環風機高壓變頻器的安裝及使用情況，總結變頻器改造有以下優點。
(1)安裝簡單，即將原高壓開關柜與電動機之間插入安裝變頻器，對原有接線改動不大。
(2)操作使用方便，變頻器操作只有簡單的開機、停機和頻率調整。
(3)能進行無級調速，調速范圍廣，且調速精度高，適用性強。
(4)保護功能完善，故障率低，排風機啟動平穩，啟動電流小，可靠性高。
(5)電動機不需長期高速運行，工作電流大幅度下降，節電效果顯著。
(6)由于變頻器取代了液耦調速，消除了機械及液壓高故障率的缺陷，設備維護費用降低。
(7)電動機運行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。
交流變頻調速器，以適用性強、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它應用在調速、節電、軟啟動方面，對企業有很大的實用價值。合康公司高壓變頻器在我廠對兩條生產線的五臺電機進行了成功的改造，不僅節能效果明顯，提高了整個系統的工藝性能，同時也使兩條生產線大大提高了產量，得到車間的好評，并在我省水泥行業中產生了很大的影響。
根據我公司對水泥廠高溫風機、生料磨循環風機高壓變頻器的安裝及使用情況，總結變頻器改造有以下優點。
(1)安裝簡單，即將原高壓開關柜與電動機之間插入安裝變頻器，對原有接線改動不大。
(2)操作使用方便，變頻器操作只有簡單的開機、停機和頻率調整。
(3)能進行無級調速，調速范圍廣，且調速精度高，適用性強。
(4)保護功能完善，故障率低，排風機啟動平穩，啟動電流小，可靠性高。
(5)電動機不需長期高速運行，工作電流大幅度下降，節電效果顯著。
(6)由于變頻器取代了液耦調速，消除了機械及液壓高故障率的缺陷，設備維護費用降低。
(7)電動機運行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。
交流變頻調速器，以適用性強、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它應用在調速、節電、軟啟動方面，對企業有很大的實用價值。合康公司高壓變頻器在我廠對兩條生產線的五臺電機進行了成功的改造，不僅節能效果明顯，提高了整個系統的工藝性能，同時也使兩條生產線大大提高了產量，得到車間的好評，并在我省水泥行業中產生了很大的影響。
四、用戶現場設備參數
1、6kV 4000kW高溫風機與電機參數:
電機參數：（使用液力耦合器調速）
型號：YR0S 4000-6 額定轉速：994r/min
額定功率：4000kW 額定電流：468.9 A 運行電流：375A 電壓：6.1 kV
額定功率因數：0.87
高溫風機參數:
額定功率：4000kW 額定轉速：992r/min 實際轉速:807 r/min
額定風量: 980000 m3/h 額定風壓：10100 Pa
1、6kV 4000kW高溫風機與電機參數:
電機參數：（使用液力耦合器調速）
型號：YR0S 4000-6 額定轉速：994r/min
額定功率：4000kW 額定電流：468.9 A 運行電流：375A 電壓：6.1 kV
額定功率因數：0.87
高溫風機參數:
額定功率：4000kW 額定轉速：992r/min 實際轉速:807 r/min
額定風量: 980000 m3/h 額定風壓：10100 Pa
2、6kV 2500kW生料磨風機與電機參數:
電機參數：（使用液力耦合器調速）
型號：YRKK 710-6 額定轉速：994r/min 運行電流：214A 電壓：6.1 KV
額定功率：2500kW 額定電流：295 A
額定功率因數：0.86
高溫風機參數:
額定功率：2240kW 額定轉速：992r/min 實際轉速:785-800 r/min
額定風量: 570000 m3/h 額定風壓：9500 Pa
電機參數：（使用液力耦合器調速）
型號：YRKK 710-6 額定轉速：994r/min 運行電流：214A 電壓：6.1 KV
額定功率：2500kW 額定電流：295 A
額定功率因數：0.86
高溫風機參數:
額定功率：2240kW 額定轉速：992r/min 實際轉速:785-800 r/min
額定風量: 570000 m3/h 額定風壓：9500 Pa
五、變頻節能改造簡述
經過對原系統進行分析，對原系統的風壓控制由原來的液力耦合器調節改為變頻器調節，即取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調速，最后達到調整窯尾預熱器（高溫風機入口）的壓力為工況要求值。變頻器設備接入用戶側高壓開關和擬改造電機之間，變頻器控制接入原有的DCS系統，由DCS系統來完成正常操作。
由于原電機控制為液力耦合器調速，為了安裝變頻器，必須重新設計變頻器專用房。根據現場環境，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，動力電纜敷設方便。由于現場灰塵較大，而變頻器為強迫風冷，設備內空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，在房間通風設計上，設計了大面積專用進風窗，房間不另設其它窗口，基本上是密閉設計。通風窗采用專用過濾棉濾網，這樣使進入變頻器室內的空氣經過通風窗濾灰，進入變頻器室內的灰塵大大減小。
由于本變頻器功率較大，為保證足夠的通風冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨立安裝了一整體風罩，與各自的出風口連成整體，保證變頻器整體冷卻通風要求，即使在夏季高溫季節也不需開空調進行降溫。
為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機的電纜，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一根動力電纜，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接尺寸設計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、軸與電機及風機側的連接靠背輪均與原液耦一致，安裝時，僅需將原液耦拆除，將連接軸代替液力耦合器，現場僅作少量調整即可達到安裝要求，而不用對風機及電機作任何調整，安裝方便快捷。
安裝高壓變頻后，原繞線電機對滑環進行短接，廢除了原水電阻啟動器，每年對碳刷及水阻啟動器和電機的維護減少，綜合運行成本大幅度下降，且高壓變頻啟動時間任意可調，實現平滑啟動，對設備運行起了良好的保護。
經過對原系統進行分析，對原系統的風壓控制由原來的液力耦合器調節改為變頻器調節，即取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調速，最后達到調整窯尾預熱器（高溫風機入口）的壓力為工況要求值。變頻器設備接入用戶側高壓開關和擬改造電機之間，變頻器控制接入原有的DCS系統，由DCS系統來完成正常操作。
由于原電機控制為液力耦合器調速，為了安裝變頻器，必須重新設計變頻器專用房。根據現場環境，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，動力電纜敷設方便。由于現場灰塵較大，而變頻器為強迫風冷，設備內空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，在房間通風設計上，設計了大面積專用進風窗，房間不另設其它窗口，基本上是密閉設計。通風窗采用專用過濾棉濾網，這樣使進入變頻器室內的空氣經過通風窗濾灰，進入變頻器室內的灰塵大大減小。
由于本變頻器功率較大，為保證足夠的通風冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨立安裝了一整體風罩，與各自的出風口連成整體，保證變頻器整體冷卻通風要求，即使在夏季高溫季節也不需開空調進行降溫。
為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機的電纜，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一根動力電纜，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接尺寸設計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、軸與電機及風機側的連接靠背輪均與原液耦一致，安裝時，僅需將原液耦拆除，將連接軸代替液力耦合器，現場僅作少量調整即可達到安裝要求，而不用對風機及電機作任何調整，安裝方便快捷。
安裝高壓變頻后，原繞線電機對滑環進行短接，廢除了原水電阻啟動器，每年對碳刷及水阻啟動器和電機的維護減少，綜合運行成本大幅度下降，且高壓變頻啟動時間任意可調，實現平滑啟動，對設備運行起了良好的保護。