英威騰CHH100系列高壓變頻器在水泥廠引風機上的應用
一、前言
水泥企業是國民經濟生產中的能源消耗大戶，水泥行業已被列為國家節約資源的重點領域之一。在國務院提出加快建設節約型社會的政策環境下，提高水泥行業的節約型制造和應用水平，建立節約型水泥工業體系意義重大。在當前國內外能源供需矛盾突出的情況下，水泥行業必須通過各種途徑降低能耗，以獲得最佳的經濟效益和最高的勞動生產率。水泥生產中電動機負載電耗就占成本近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。
新疆伊犁南崗建材（集團）有限責任公司是以生產水泥、化工產品為主導的產業化集團。在2001年2月，經新疆兵團農四師批準，依法改制為伊犁南崗建材有限責任公司，由新疆伊力特實業股份有限公司、農四師73團、75團等11家單位共同投資在伊寧市邊境經濟合作區注冊成立。注冊資本1.73億元。目前，水泥年生產能力將達200萬噸。
二.英威騰CHH系列高壓變頻器技術特點
深圳市英威騰電氣股份有限公司，提供的CHH100系列變頻器除了具有一般廠家的高壓變頻器功能外，還有以下幾方面的特點。
1）具有較強的功能，能夠滿足不同工況
CHH100系列高壓變頻器采用DSP系統與可編程系統巧妙的結合，控制系統高度集成化，設備器件主要采用進口器件，完成了比一般高壓變頻器的功能，具有300多個功能碼，可以對啟動特性、運行模式等功能根據現場工況進行不同設定。CHH100系列高壓變頻器具有標準的RS485接口，可以通過RS485通訊接口（采用標準通信協議）與DCS進行連接，也可以通過硬接線的方式與DCS系統進行連接。多種接口方式選擇可以DCS系統很方便的對變頻調速系統進行監控。也可以進行不同參數設置，滿足現場其它各種不同工況。
2）全面的保護功能
CHH100系列變頻器的功率單元自身就有多達11種的故障保護；主控系統采用DSP＋PFGA巧妙配合，電氣部分對輸出電壓、輸出電流、輸入電壓、輸入電流都有全面檢測，對變頻器電源及電機都有過壓、過流、過載、欠壓、溫度等具有多達二十幾種超強綜合保護功能，并且重要的保護定值可以根據現場不同的工況進行參數設定。內置雷擊過流保護裝置，有效提高設備保護功能和系統保護功能，完全能夠保證電源及電機的安全運行。
3）全面的參數記錄
CHH100系列高壓變頻器顯示多項運行參數過過程變量，包括每個模塊的溫度、母線電壓都有檢測與顯示。具有故障、事故顯示、記錄功能，具有自診斷功能，所在信息可以通過通訊上傳至DCS系統，異常時對變頻器的狀態都有全面的記錄，以便現場人員更準確、更快捷地解決問題。
4）最大的電壓、電流冗余量設計
深圳市英威騰電氣股份有限公司生產的CHH100系列高壓變頻器，以安全、可靠、使用壽命長為首要設計原則，采用1700V高壓IGBT，9級或6級串聯，電壓裕量為2.0倍左右。功率器件電壓安全設計冗余量較高。
5）電機轉速自動跟蹤功能
CHH100系列高壓變頻器在主電源母線切換（10秒內）過程中，變頻器能夠自動跟蹤電機的轉速，當主電源恢復后變頻器自動運行起來，保證了機組安全可靠運行。
6）功率模塊自動旁路技術
模塊自動旁路技術提高了系統的穩定性，CHH100系列高壓變頻器采用功率模塊自動旁路技術，可在1ms內旁路故障模塊，變頻器降額并可長期運行，等適當時候停機處理。
7）良好的電壓波動適應能力
CHH100系列高壓變頻器對電網電壓在±15%范圍內波動，變頻器能滿載輸出；電網電壓短時（30秒）下降至額定電壓的65％時，可繼續降額運行，不進行保護。
8）最有效的電磁干擾解決方案
深圳市英威騰電氣股份有限公司生產的CHH100系列高壓變頻器在模塊設計上，獨家采用后進線、前出線設計方案；結構方面和電氣方面全面考慮電磁抗干擾措施，尤其是核心的控制板件，最有效保證變頻器的可靠運行。
9）合理的散熱系統
功率采用獨立的散熱風道，系統集中散熱的方式，散熱性能良好，滿載長時間運行溫升不超過25℃，良好的散熱系統可以確保變頻裝置的高可靠性，并延長變頻裝置內部的器件使用壽命。
10）模塊化設計
CHH100系列變頻器，遵循模塊化設計理念，功率單元采用模塊化結構，各個相同的功率單元的結構、配置完全相同，可以非常方便的互換，從而利于生產的標準化，以及維修的標準化。
11）最簡潔操作、最快捷維護
深圳市英威騰電氣股份有限公司生產的CHH100系列高壓變頻器具有人性化的接口設計、界面簡潔清晰；操作方便，采用抽屜式模塊設計，更換模塊僅需5分鐘；濾網更換方便、快捷。
三、原來用液力耦合器缺陷：
1.液力耦合器屬于一種機械調速設備。液力耦合器的原理決定了液力耦合器有5-8%的速度損失。同時功率損失變為熱量，使液壓油溫過高。需要大量冷卻水冷卻液壓油。
2. 在實際運行中油溫高于95℃以上，使冷卻器的水易結垢堵塞，造成故障。
3. 由于液力耦合器是用液壓油傳遞功率，因此速度控制不穩定、功率因數低、調速精度差。
4. 液力耦合器整機效率低，功率因數低，調速精度差，調速本身的損耗大、維護量大、二次成本過高，所以節能效果不明顯。
三、窯尾窯尾高溫風機系統簡介
新疆伊犁南崗建材（集團）有限責任公司水泥廠生產線為干法懸窯，其窯燒成系統流程簡圖如圖1所示：
從預熱器來的生料從窯尾進入到窯中，借助窯的轉動來促進生料在旋窯內高溫下混合、煅燒，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（除塵及排出）。
四、窯尾高溫風機改造過程簡述
近兩年，高壓變頻器發展迅猛，涌現出生產高壓變頻器的大小廠數十家。但是，各廠家的主拓撲結構都相差無幾。通過各種途徑的考察與比較，新疆伊犁南崗建材集團最終選擇深圳英威騰電氣股份有限公司的自主研發、生產的多單元串聯的高─高形式的CHH100系列高壓變頻器， 在2008年11月在該項水泥廠的其中一條3#生產線的窯尾高溫風機安裝高壓變頻器, 進行變頻節能改造，都取得良好的節能效果，下面對改造情況作一簡單介紹。
1.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高壓變頻器，再重新由高壓柜到高壓變頻器敷設一根動力電纜，由于高壓變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。
2.高壓變頻器具有遠程和本機控制功能。本機控制時通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動、停止高壓變頻器，可以調整電機轉速、頻率。遠程控制放在控制室，設有操作臺和上位機，由配電工操作控制。通過上位機配電工可以隨時了解設備的運行情況，通過操作臺可實現對高壓變頻器進行簡單的遠方操作。配電工可以根據工況自由選定高壓變頻器“手動/自動”調速運行。
3.系統要求控制的壓力值由手操器給定(4~20mA電流信號)，母管壓力反饋信號經壓力變送器檢測后，再由DCS供給。壓力比較和PID運算均由DCS完成，其變換出來信號作為變頻器給定信號，以控制電動機轉速，使管網的壓力穩定在壓力設定值上，達到自動跟蹤管網壓力的目的。同時，通過變頻器的模擬量輸出接口將管網壓力、實際電壓、電流、頻率反饋到DCS監控系統上。變頻器仍然作為一個執行機構，類似擋板特性，只是時間系數需要重新調整，這種調節方式比較簡便合理，只需要DCS根據以往的工頻調節方式增加變頻調節回路，以前的工頻擋板控制方式繼續保留備用。
四、窯尾高溫風機效益分析
1.改造項目參數:
電壓:6000V; 電流:76A 額定功率:630KW 轉速:990R/MIN 功率因數:0.85
2.改造項目分析計算:
由于現場對風機的風壓沒有特殊的要求，不考慮風壓的情況下,沒用高壓變頻之前( 液力偶合裝置)電壓:6300V 運行電流:45A-50A 根據流量的對高壓風機節能進行計算：
液力偶合裝置時的功率P1=1.732UicosQ=1.732*6300*45*0.85W=417KW
變頻調速時,生產中電機轉速為: 600r/min-700r/min變頻器效率取97%
變頻調速的功率F2=630*(650/990)3/085/0.97=220KW
考慮其它方面的照明、冷卻損耗約：P3=15 kW
變頻器節約的電能：P4= P1－P2－P4=417-220-15=182KW
一年按照7000小時計算：
一年總的節電：W=182*7000=127.4萬度。
五、窯尾高溫風機變頻改造總結
根據我公司在山水水泥廠各個風機的高壓變頻器的安裝及使用情況，總結高壓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高壓變頻器，對原有接線改動不大。
2.操作使用方便，高壓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.由于高壓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。
8.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。我公司高壓變頻器在這個水泥廠對電機進行了成功的改造，其節能效果明顯，且同時提高了整個系統的工藝性能，得到用戶的好評，并在當地水泥行業中產生了很大的影響。
2.操作使用方便，高壓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.由于高壓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。
8.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。我公司高壓變頻器在這個水泥廠對電機進行了成功的改造，其節能效果明顯，且同時提高了整個系統的工藝性能，得到用戶的好評，并在當地水泥行業中產生了很大的影響。
五、結束語
目前，水泥行業的競爭非常激烈，但關鍵還是制造成本的競爭，而電動機電耗就占成本近30％，而拖動風機用的高壓電動機在電機中占有很大的比重，因此做好電動機的降耗增效工作就顯得極為重要。高壓變頻器技術目前已經比較成熟，故障率較小，是水泥廠節能改造的理想設備，具有很高的應用價值。