1、引言
　　水泥企業(yè)是國民經(jīng)濟生產(chǎn)中的能源消耗大戶，水泥行業(yè)已被列為國家節(jié)約資源的重點領(lǐng)域之一。在國務(wù)院提出加快建設(shè)節(jié)約型社會的政策環(huán)境下，進(jìn)步水泥行業(yè)的節(jié)約型制造和應(yīng)用水平，建立節(jié)約型水泥產(chǎn)業(yè)體系意義重大。在當(dāng)前國內(nèi)外能源供需矛盾突出的情況下，水泥行業(yè)必須通過各種途徑降低能耗，以獲得最佳的經(jīng)濟效益和最高的勞動生產(chǎn)率。水泥生產(chǎn)中電動機負(fù)載電耗就占本錢近30％，而拖動風(fēng)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(chǎn)線，其中有25%～30%的電能是用于拖動各種類型風(fēng)機上，因此做好電動機的降耗增效工作就顯得極為重要。
　　新型干法水泥生產(chǎn)線的旋窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的余熱廢氣，在窯尾高溫風(fēng)機的作用下，通過預(yù)熱器對進(jìn)進(jìn)窯尾前的生料進(jìn)行預(yù)熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風(fēng)機抽出進(jìn)進(jìn)廢氣處理（除塵及排出）。均化好的生料預(yù)熱后在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒成熟料，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)需要合適的氣壓及溫度，才能使煤粉有一定的懸浮時間進(jìn)行充分燃燒，生料才能在窯內(nèi)達(dá)到很好的熱處理。窯內(nèi)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(fēng)機一方面用來調(diào)整窯內(nèi)氣壓，另一方面回轉(zhuǎn)窯內(nèi)鍛燒后的高溫熟料出來有廢氣，廢氣帶灰，通過窯尾高溫風(fēng)機引出由電收塵器將灰塵進(jìn)行處理，再將廢氣排掉。由于其工藝上的要求控制窯尾預(yù)熱器的壓力，通過DCS的控制來對高溫風(fēng)機的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此一般高溫風(fēng)機的電機一般采用調(diào)速控制。前些年一般采用液力耦合器、繞線式電機轉(zhuǎn)子串水阻等方式進(jìn)行調(diào)速，而目前基本發(fā)展趨勢是在90年代迅速發(fā)展起來并在近幾年景熟的高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)的技術(shù)和性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過以前采用的調(diào)速方式，在經(jīng)過大量成功的現(xiàn)場應(yīng)用并顯示其巨大的節(jié)能效益后，高壓變頻器器成為國家水泥節(jié)能設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)備。我國在2007年10月25日頒布、2008年5月1日起執(zhí)行的強制性標(biāo)準(zhǔn)《GB50443-2007水泥廠節(jié)能設(shè)計規(guī)范》中的第4.3.5條規(guī)定：“窯尾高溫風(fēng)機應(yīng)采用變頻調(diào)速裝置”。
　　高壓變頻器現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，廣州智光電氣股份有限公司的ZINVERT系列高壓變頻器從2005年起開始應(yīng)用于水泥行業(yè)的電機節(jié)能改造，至今已成功用于幾十條水泥生產(chǎn)線的窯尾高溫風(fēng)機、窯頭風(fēng)機、生料磨循環(huán)風(fēng)機、水泥磨風(fēng)機等風(fēng)機的節(jié)能改造，創(chuàng)造了明顯的節(jié)電經(jīng)濟效益，取得了很多成功的改造經(jīng)驗。本文特別對ZINVERT系列高壓變頻器在5000t/d高溫風(fēng)機的應(yīng)用技術(shù)與應(yīng)用情況進(jìn)行扼要介紹。
　　2、高壓變頻器在窯尾高溫循環(huán)風(fēng)機應(yīng)用的主要題目與應(yīng)對措施
　　2．1高溫風(fēng)機的管道“塌料”題目導(dǎo)致電機過流甚至跳停題目
　　窯尾高溫風(fēng)機是保證水泥生產(chǎn)線窯內(nèi)負(fù)壓的重要負(fù)載，即使在在以往工頻運行、采用液力耦合器調(diào)速的高溫風(fēng)機，也常見由于管道“塌料”導(dǎo)致高溫風(fēng)機電機過負(fù)荷跳閘，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。而對于由于變頻器裝置的電力電子器件的過負(fù)荷能力的限制，以上由于塌料造成的高溫風(fēng)機過負(fù)荷導(dǎo)致的變頻器保護(hù)停機現(xiàn)象如無專業(yè)技術(shù)是不可避免的，將給水泥生產(chǎn)線造成更多的損害。
　　高溫風(fēng)機由于“塌料”導(dǎo)致的過負(fù)荷是由于在旋窯水泥生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中的預(yù)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(nèi)粉塵濃度增大，阻力增加，負(fù)壓升高，使排風(fēng)機負(fù)荷增加或假如垂直煙道或預(yù)熱器內(nèi)在清結(jié)皮或有物料塌料時，同樣也會造成氣流波動，使排風(fēng)管內(nèi)氣流紊亂，造成高溫風(fēng)機過負(fù)荷停機，該現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn)對高溫風(fēng)機電動機造成損壞。在實際使用過程中的“塌料”現(xiàn)象，會不定期的導(dǎo)致電機運行電流在極短的時間內(nèi)超出正常電流的數(shù)倍，如使用目前國內(nèi)外一般廠家的通用型高壓變頻器，可能導(dǎo)致變頻器運行過程中頻繁跳機，直接影響高溫風(fēng)機與水泥生產(chǎn)線的正常運行。
　　廣州智光電氣股份有限公司作為目前國內(nèi)水泥行業(yè)高壓變頻器的專業(yè)生產(chǎn)制造商，其研制的ZINVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)從2005年投進(jìn)水泥生產(chǎn)線的變頻改造，特別針對高溫風(fēng)機的運行工藝情況進(jìn)行了大量的研究分析并針對性地研制出針對性的專業(yè)技術(shù)。技術(shù)研發(fā)技術(shù)職員經(jīng)過深進(jìn)應(yīng)用現(xiàn)場，了解把握現(xiàn)場工藝情況，總結(jié)現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗，推出了針對水泥生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機的專用變頻器技術(shù)，采用自主研發(fā)的“瞬態(tài)尖峰負(fù)荷差分控制技術(shù)”，從設(shè)備的硬件設(shè)計、控制軟件設(shè)計等多方面對高溫風(fēng)機的不定期的尖峰負(fù)荷運行進(jìn)行全方位針對性的設(shè)計改進(jìn)。具有這種技術(shù)的ZINVERT系列高壓變頻器成為“高溫風(fēng)機的專用變頻器”，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(dǎo)致的反復(fù)跳機，與工頻液耦運行相比也降低了跳機的可能性，從而使安裝了廣州智光高溫風(fēng)機專用變頻器的水泥生產(chǎn)線達(dá)到節(jié)能又增效，降低電機、風(fēng)機設(shè)備故障率,負(fù)壓風(fēng)機維修，為水泥企業(yè)保證生產(chǎn)安全性、經(jīng)濟性作出技術(shù)與設(shè)備保證。ZINVERT系列高壓變頻器目前已在多條5000t/d旋窯生產(chǎn)線的高溫風(fēng)機得到實際應(yīng)用，基本解決了高溫風(fēng)機變頻器由于“塌料”導(dǎo)致的跳閘停運、生產(chǎn)中斷的題目，大大由于高溫風(fēng)機停運對生產(chǎn)造成的影響，降低電機設(shè)備故障率，取得節(jié)能、增效的巨大效益，得到用戶普遍認(rèn)可。
　　2．2高溫風(fēng)機變頻的電源波動與運行可靠性題目
　　水泥行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的性質(zhì)決定了用于水泥廠用的高壓變頻器需要有很高的可靠性，保證安全生產(chǎn)。Zinvert系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用主流的功率單元串聯(lián)技術(shù)方案，而不是功率器件直接串聯(lián)，避免了器件直接串聯(lián)帶來的均壓題目，本質(zhì)上保證了系統(tǒng)的可靠性。同時，產(chǎn)品具有的對電網(wǎng)電壓的適應(yīng)范圍寬（－65％～115％Un）、單元故障自動旁路、工頻旁路、瞬時停電再啟動功能、包括相間短路保護(hù)功能的完善的保護(hù)功能等技術(shù)在進(jìn)步起動力矩和轉(zhuǎn)速精度的同時，進(jìn)步了抗電網(wǎng)波動和負(fù)載擾動能力，大大進(jìn)步了可靠性，Zinvert系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在幾十條生產(chǎn)線的運行證實國產(chǎn)高壓變頻調(diào)速技術(shù)的成熟。
　　2．3變頻器應(yīng)用的諧波與干擾影響的題目
　　這一方面是變頻器輸進(jìn)諧波對電網(wǎng)的影響，假如變頻器輸進(jìn)電流諧波較大(比如傳統(tǒng)的電流源型變頻器)，會產(chǎn)生如下危害：供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置誤動作，可能導(dǎo)致大面積停電。丈量儀器儀表誤差增大，影響計量精度和控制性能。影響其它電力電子裝置，電子計算機系統(tǒng)及通訊設(shè)備的正常工作。諧波使電機，變壓器和電容器等用電設(shè)備損耗增大，嚴(yán)重時會過熱或燒損。Zinvert系列高壓變頻器采用的輸進(jìn)多重化移相整流技術(shù)、單元級聯(lián)多電平的輸出技術(shù)，輸進(jìn)、輸出電流諧波失真極小，滿足IEEE滿足IEEE519-1992和GB/T14549-93標(biāo)準(zhǔn)的要求，不會對電網(wǎng)、電機產(chǎn)生超標(biāo)的諧波污染。大、中型水泥廠自動化水平高，大多數(shù)采用自動化儀表和計算機控制系統(tǒng)，對用電系統(tǒng)的諧波要求很高，Zinvert系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在方面有很大的上風(fēng)。
　　諧波影響題目的另一方面是外部諧波對高壓變頻器的影響，由于旋窯的旋轉(zhuǎn)采用直流電機，因此可能產(chǎn)生較大的諧波，必須采取相應(yīng)的治理措施，以保證高壓變頻器的輸進(jìn)電壓穩(wěn)態(tài)總諧波含量THD不超過10%，其中任何奇次諧波均不超過5%,任何偶次諧波均不超過2%,短時(持續(xù)時間小于30s)出現(xiàn)的任意一次諧波含量不超過10%。否則對母線其他設(shè)備、高壓變頻器等均可能造成運行中的影響與損害。還有為避免干擾，變頻器的控制線須采用屏蔽電纜，單端接地，并且在布線時留意與動力線的間隔，避免控制線與動力線并行敷設(shè)在同一電纜托架(或線框)內(nèi)；變頻器負(fù)載輸出線需采取屏蔽鎧裝電纜，單端接地，以避免變頻器對四周儀表產(chǎn)生干擾。
　　2．4變頻器應(yīng)用的環(huán)境與散熱題目
　　由于水泥現(xiàn)場粉塵較大，環(huán)境相對惡劣，作為電子與電力電子設(shè)備，而且由于產(chǎn)生約3～4％的損耗發(fā)熱需要散熱，而一般采用風(fēng)冷散熱，因此水泥生產(chǎn)線風(fēng)機的高壓變頻器一般應(yīng)安裝在配電室內(nèi)，或?qū)ｉT建造房屋。并加強防塵設(shè)計和日常維護(hù)，定期進(jìn)行濾網(wǎng)清潔。ZINVERT系列高壓變頻器采用國內(nèi)唯一無二的單元與柜體結(jié)構(gòu)專利設(shè)計，器件布局結(jié)構(gòu)公道，散熱器與風(fēng)道設(shè)計進(jìn)步散熱效率，柜體采用前后進(jìn)風(fēng)方式進(jìn)步風(fēng)速、減小體積，環(huán)境適應(yīng)能力大大進(jìn)步，經(jīng)受了南方夏季炎熱的天氣、春季的濕潤空氣的影響，特別經(jīng)受了水泥廠惡劣環(huán)境的考驗。
　　3、5000t/d生產(chǎn)線高溫風(fēng)機高壓變頻應(yīng)用案例與節(jié)能情況簡介
　　3．1ZINVERT系列高壓變頻器在5000t/d旋窯生產(chǎn)線的高溫風(fēng)機投運業(yè)績
　　ZINVERT系列高壓變頻器目前已在多條5000t/d旋窯生產(chǎn)線的高溫風(fēng)機得到實際應(yīng)用，下表是ZINVERT系列高壓變頻器5000t/d生產(chǎn)線高溫風(fēng)機變頻改造投產(chǎn)業(yè)績表。

　　下面以三獅水泥5000t/d水泥生產(chǎn)線的窯尾高溫風(fēng)機變頻改造為例說明高溫風(fēng)機高壓變頻器改造的方案及節(jié)能效果。

　　3．2ZINVERT系列高壓變頻器在5000t/d旋窯生產(chǎn)線的高溫風(fēng)機方案簡介
　　安徽和德三獅水泥的5000t/d生產(chǎn)線分別采用10kV電壓的2500kW電機拖動高溫風(fēng)機，原采用液力耦合器進(jìn)行調(diào)速，但是運行中經(jīng)常由于漏油故障進(jìn)行維護(hù)導(dǎo)致高溫風(fēng)機停運。決定采用ZINVERT系列高壓變頻器進(jìn)行調(diào)速改造后，拆除液力耦合器，采用連軸器替換原液力耦合器將電機與風(fēng)機的軸連接，同時采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的一拖一手動旁路方案，設(shè)備的一次接線如下圖所示。

圖1ZINVERT高壓變頻器手動旁路一次接線圖

　　10kV高壓動力電源經(jīng)變頻裝置刀閘K1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)刀閘K2送至電動機；高壓動力電源還可經(jīng)刀閘K2切換至工頻側(cè)直接起動電動機。一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開輸進(jìn)側(cè)高壓進(jìn)線開關(guān)及刀閘K1，將變頻裝置隔離，切換刀閘K2至工頻側(cè)，在工頻電源下起動電機運行。刀閘K1、K2之間具有閉鎖和防止誤操縱功能。
　　ZINVERT型智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主控制部分以新型電機控制專用雙DSP（數(shù)字信號處理器）為控制核心，輔以大規(guī)�？删幊踢壿嬈骷�，實現(xiàn)SPWM波形控制及各種信號的檢測、分析判定和處理。控制器和功率單元箱之間通過光纖進(jìn)行信號傳輸，可有效避免電磁干擾，增強系統(tǒng)的可靠性。同時控制系統(tǒng)具有豐富的模擬、數(shù)字接口，可用于與用戶中控DCS連接和擴展，以滿足現(xiàn)場各種運行與控制的需要。用戶在后臺可以監(jiān)控變頻各種狀態(tài)并對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和頻率設(shè)定調(diào)節(jié)。
　　3．3ZINVERT系列高壓變頻器在5000t/d旋窯生產(chǎn)線的高溫風(fēng)機改造節(jié)電效益：
　　三獅和德在進(jìn)行變頻改造的同時，也在進(jìn)行低溫余熱發(fā)電的建設(shè)，在變頻投運后，余熱鍋爐也開始投進(jìn)。根據(jù)數(shù)據(jù)記錄，變頻改造前，高溫風(fēng)機電機運行功率為2600kW，變頻裝置和余熱鍋爐投進(jìn)后，高溫風(fēng)機電機運行在43Hz，運行功率約為2350kW。變頻投進(jìn)運行后，減小的輸進(jìn)功率為：250kW。按均勻天天運行24小時，電價0.5元/度，一年運行300天守舊計算，每年可以節(jié)約電費約為：V=250×24×300×0.5=90（萬元）。下表為和德三獅5000t/d生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機變頻調(diào)速改造前后的運行與節(jié)能情況。
　　和德三獅水泥5000t/d高溫風(fēng)機電機及變頻改造前后運行參數(shù)列表

　　高溫風(fēng)機采用變頻調(diào)速的其他效果：
　　采用變頻調(diào)速控制后，其他方面的效益也是明顯的，如：
　　(1)改善了工藝，調(diào)速精度得到保證，進(jìn)步了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定并可進(jìn)步產(chǎn)量。投進(jìn)變頻器后可以平滑穩(wěn)定地調(diào)整風(fēng)量風(fēng)壓，進(jìn)步了效率；變頻改造前產(chǎn)量約為340t/h，改造后可達(dá)350?360t/h，甚至曾高達(dá)380t/h。由于ZINVERT高壓變頻器的特殊技術(shù)，減少甚至避免了由于塌料產(chǎn)生的停機，使生產(chǎn)線設(shè)備利用率得到保證，保證了順產(chǎn)，進(jìn)一步進(jìn)步了產(chǎn)量。
　　(2)設(shè)備運行與維護(hù)用度下降：采用變頻調(diào)節(jié)后，避免了原來采用液力耦合器調(diào)節(jié)的需經(jīng)常進(jìn)行油路、漏油的維護(hù)（均勻每年節(jié)約維護(hù)用度十幾萬元），若打壞齒輪一次維護(hù)用度要幾十萬元，并導(dǎo)致停產(chǎn)的損失；高壓變頻器一年多的運行實踐證實，其可靠性得到證實，避免由于液力耦合器維修導(dǎo)致生產(chǎn)線停產(chǎn)的發(fā)生。

　�。�3）延長電機等設(shè)備的使用壽命。采用變頻調(diào)速后，可以實現(xiàn)軟起動和軟制動，幾乎不產(chǎn)生沖擊，避免液力耦合器啟動時的4～7倍的沖擊電流，可大大延長電機定子、轉(zhuǎn)子軸及軸承等電氣與機械壽命。
　　（4）ZINVERT型高壓變頻器的輸進(jìn)電流諧波含量大大小于國家標(biāo)準(zhǔn)要求的4％，功率因數(shù)保證在0.95以上，與采用液力耦合器相比，輸進(jìn)功率大大進(jìn)步，再無需投資功率補償設(shè)備，并可降低設(shè)備的進(jìn)相機等設(shè)備與維護(hù)用度。
　　4、結(jié)語
　　目前ZINVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)特別適于窯尾高溫風(fēng)機的變頻應(yīng)用，實際上在國內(nèi)幾十條5000T、4000T、2500T、1500T、1000T新型干法水泥生產(chǎn)線的生料磨循環(huán)風(fēng)機、煤磨循環(huán)風(fēng)機、窯頭排風(fēng)機、窯尾高溫風(fēng)機、窯尾排風(fēng)機、水泥磨循環(huán)風(fēng)機廣泛應(yīng)用表明，設(shè)備運行性能穩(wěn)定、節(jié)能明顯，在水泥行業(yè)中推廣的潛力巨大。