周琦越
罗克韦尔自动化控制集成（哈尔滨）有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150000
摘要：近年来，我国社会生产力快速提高，一些高耗低产行业为实现可持续发展，纷纷重视科技改造，不断引进现代先进设备，以此提高产能、降低能耗。文章以水泥生产线为主题展开分析，详细探讨了中压变频器在水泥生产线中的具体应用，并介绍了中压变频器原理特点，对变频器与液力耦合器进行了优劣势比较，进一步探讨了中压变频器应用在水泥生产线的改造方案，同时对改造前后效果进行了深层次的比较分析，显然具有显著的经济效益价值。
关键词：中压变频器；水泥生产线；应用
社会经济与科技快速发展，国家新一轮的落后产能淘汰，水泥生产行业之间的竞争日渐激烈。水泥生产企业之间的竞争中，产量竞争仅是一部分内容，更为关键的是水泥生产成本之间的竞争。水泥生产中使用大量的中高压电动机拖动的大型风机，因此，做好此类中高压电动机的节能优化，可显著降低水泥生产成本，提高水泥产品的市场竞争力。
一、变频调速系统中压变频器原理特点
中压电动机采用的是三相交流电源，由转速公式n=6Of／P可知，调速方式中只有通过改变频率f可以实现平滑调速，并且这样的变频调速可以有较宽的调速范围，这为风机类负载的节能提供了巨大空间。所以，变频调速已成为风机类负载最主要的调速方式，在很多水泥制造领域都获得了广泛的应用。本项目依据实际情况，从投资金额、产品稳定性、适用性等指标，中压变频器选用西门子旗下的罗宾康完美无谐波系列中压变频器，罗宾康“完美无谐波”系列变频器广泛用于电厂、水泥厂等企业风机、泵的变频拖动。
中压变频器的输出方式以罗宾康中压变频器为例，它是直接高压输出的方式。这种方式有以下特点十分明显，首先直接输出6千伏电压给到电动机，无需输出变压器，也无需功率因数补偿装置、谐波滤波器等，同时谐波分量小，电源变压器损耗小。采用了脉宽调制技术，直接输出正弦波形，避免了中高压变频调速系统中常见的谐波问题，集成度高，体积紧凑，占地面积小。
二、水泥生产线中压传动系统中变频器与液力耦合器优势对比
水泥生产线中压传动系统中采用液力耦合器与采用变频器产生了不同效果，实践发现变频器的有效应用具有显著优势，总结起来，主要涉及如下几个方面：
2.1速度可调范围扩大
液力耦合器的应用时，传动系统所能够控制的速度范围，仅限4∶1；然而中压变频器的应用，使传统系统所能够控制的速度范围有显著扩大，实践显示为10∶1~100∶1。通过两者数据分析，可知速度可调范围的扩大是中压变频器的有效应用优势之一。
2.2速度调节精度高
中压变频器优势在于输出频率可以进行0.1赫兹变化，在此过程中，稳定性较高，在水泥生产线中压传动系统中的有效应用，则可以保证动力稳定供应，并结合实际生产动能需求，精准控制传动速度，自然有助于保证水泥稳定生产。然而，液力耦合器速度调节显然缺乏较高的精度，源于其转速波动大，即使进口的液力耦合器调节速度时，转速也处在每分钟5100~5400转，具有较大的波动性，不利于水泥稳定生产。
2.3 提升稳定性
变频器会附带接受紧急停车、风机跳闸、电机过热等保护信号，主要为风机系统提供保护，确保整套系统保持稳定、安全、高效的运行状态。
2.4效率提升
中压变频调速最大优势在于不会产生转差损耗，可保证效率达到95%以上；然而液力耦合器则会在实践中，出现转差损耗，导致其负载转速相对较低的情况下，具有较低的效率，一方面损失了大量电力资源，另一方面难以保证效率。
三、水泥生产线中压传动系统变频改造方案及改造效果分析
3.1水泥生产线中压传动系统的变频器的改造方案
以干法悬窑水泥生产线为例，该系统悬窑是一个日产5000吨的耐热钢筒，内部镶嵌了各种耐火砖。生料预热完成之后，从窑尾进入到窑中，进行混合与煅烧等一系列的操作，需要强调的是，为了保证生产稳定运行，在此过程中，窑需要持续的转动。在生产过程中，窑内产生了大量热量，虽经过有效的降温处理，但是仍有大量的余热废气需要排出，此刻需要发挥高温风机的作用。然而，耐热钢筒容量较大，对风量具有较高的要求。所以，为了保证余热废气高效的排出，高温风机的电动机装置通常需要达到6千伏的电压、功率在2500千瓦以上，才能够满足风量的要求。以前高温风机的调速，主要是以液力耦合器调速为主，改造后采用中压变频器调速，最终达到风量控制要求值。变频调速系统配置主要有交流电源、开关柜、中压变频器、中压电动机、风机、工艺调节信号、DCS控制系统等。具体言之，中压变频器所需的电能，主要由三相高压6千伏的交流电源在流经开关柜后，以直接方式提供。变频器的控制，主要是企业DCS控制系统，通过4~20毫安的电流给定控制信号进行控制，直接带动中压电动机实现变频控制的功能。风机风量的变化调节，主要紧随中压电动机转速的变化发生与之相应的变化。另外，变频器会附带接受紧急停车、风机跳闸、电机过热等保护信号，主要为风机提供保护，确保整套系统保持稳定运行状态。
3.2水泥生产线中压传动系统变频改造效果
水泥生产线中压传动系统变频改造之后，结合系统运行数据、统计部分数据，经整理分析如下：企业水泥生产线中应用变频节能改造，总共应用了8台中压变频器。这8台中压变频器应用场合、电机功率、改造前后的电机功率详细信息如下：（1）一线1#循环风机，电机功率1000千瓦，改造前电机功率790千瓦，改造后电机功率661千瓦。（2）一线2#循环风机，电机功率1000千瓦，改造前电机功率774千瓦，改造后电机功率681千瓦。（3）一线高温风机，电机功率2500千瓦，改造前电机功率2221千瓦，改造后电机功率1777千瓦。（4）一线煤磨风机，电机功率630千瓦，改造前电机功率348千瓦，改造后电机功率247千瓦。（5）二线3#循环风机，电机功率1000千瓦，改造前电机功率830千瓦，改造后电机功率681千瓦。（6）二线4#循环风机，电机功率1000千瓦，改造前电机功率780千瓦，改造后电机功率632千瓦。（7）二线高温风机，电机功率2500千瓦，改造前电机功率2420千瓦，改造后电机功率1866千瓦。（8）二线煤磨风机，电机功率630千瓦，改造前电机功率388千瓦，改造后电机功率257千瓦。
基于上述数据分析可知，水泥生产系统在变频改造之后，系统中各风机节电功率明显下降。结合设备运行与开窑过程中的具体数据，按照一年运行11个月，每月运转28天，全天制运行，即一年7392小时，可以推算风机变频改造之后一年节约的用电量。
结论：
根据该公司水泥生产线变频节能改造后的使用情况，明显看到中压变频器调速替换液力耦合器调速的好处：首先是安装简单，操作使用方便，在原高压开关柜与电动机之间接入中压变频器，操作上只需要中压变频器操作做简单的开机、停机和频率调整；其次能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，电动机运行振动及噪声明显下降，轴承温度也有很大的下降。中压变频器在水泥生产线中实现了运行安全、稳定、可靠，节能效果显著，为该企业的正常生产和节能降耗作出了巨大贡献。
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