微能高压变频器在京兰三源水泥有限公司的应用———进入京兰水泥

摘要：本文着重介绍了微能高压变频器在京兰三源水泥有限公司应用情况，通过高压变频器现场运行证明，水泥建材行业风机采用微能高压变频器进行节能改造效果显着，运行平稳。

关键词：微能高压变频器，水泥，节能改造


前言
    我国水泥总产量几乎占到全球水泥生产总量的“半壁江山”，并且保持着很高的增长速度。有数据显示，2006年4月份起水泥产量连续4个月超过1亿吨，1至7月水泥产量累计达到6.5亿吨，同比增长20.7%。然而，在国内水泥产能快速增长的背后，却有着一个不容回避的问题，那就是水泥工业的高能耗，我国每吨水泥综合能耗比世界先进水平高15%以上，水泥工业节能形势不容乐观，迫在眉睫。

概况
    京兰三源水泥有限公司隶属京兰集团，成立于2005年5月,是鄂中地区最大的水泥生产企业，属国家重点支持的水泥企业60强之一，居全国第 31位，全省第2位。 京兰水泥公司目前拥有一条日产2000吨新型干法回转窑生产线和2条立窑生产线,年产“晶蓝”牌系列水泥100多万吨。
    水泥工业是耗能大户，它面临着节能降耗的艰巨任务,特别是现今的新型干法水泥生产线，规模越来越大，节能空间也越来越大，全厂的风机装机容量约占全厂总装机功率的30－40%，耗电量约占整个厂用电量30%－40%；随着辊式磨系统越来越多地被采用，风机耗电占总耗电量的比重也越来越大。风机的选型是按照满负荷状态设计的，而实际生产过程中随工况和产量的变化，会引起风量、风压随机调整，众所周知风机是属于平方率负载，如将风机的传动系统换成交流调速系统，通过调整电机转速，满足风机的不同工作状态下的风量和风压，就能把消耗在档板和阀门上的能量节省下来，节能空间和效果是很可观的，京兰三源水泥有限公司是一条2000T/D的水泥生产线，其生料磨循环风机电机为10kV/630kW，采用挡板（阀门）调节风量大小，风机消耗功率大，节流损失较大。调节风门挡板控制风量，由于挡板处于较高压力下工作，易磨损，易造成管道内风量调节不准确，对生料磨系统工艺影响也较大。 其磨机系统简易图如下图所示：





微能高压变频器介绍
1、微能高压大功率变频器由多个功率单元构成多重化串联的拓扑结构，每个单元输出固定的低压电平，再由多个单元串联叠加为所需的高压，见下图所示


    以10kV每相九个单元串联为例,每相由九个相同的功率单元串联而成，相电压为5773V。每个功率单元输出有效值Ve＝641V。多重化串联结构使用低压器件实现了高压输出，不仅降低了对功率器件的耐压要求，而且还使输出波形得到了极大的改善。它对电网谐波污染非常小，输入电流谐波畸变率小于4%，满足IEEE519-1992的谐波抑制标准；输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形接近正弦波，不存在输出谐波引起的电机发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，对普通异步电机不必加输出滤波器就可以直接使用。
2、可靠性设计
    循环风机关系整条线的生产，稳定显得至关重要，因此对可靠性的要求非常的高。为了保证设备的使用寿命，微能高压大功率变频器功率单元采用了冗余设计，每相功率单元采用9级串联。 为了保证变频器的可靠性，微能高压大功率变频器功率单元采用了自动旁通设计，功率单元原理见下图所示：


    当单个功率单元故障后，变频器会自动旁通掉该功率单元，保证系统的连续运行功率单元自动旁路功能可在线切掉故障单元并保证三相输出电压对称，输出电流平衡，最大限度地减小停机率，保证单元故障状态不停机工作。同时为了保证系统的连续运行，整套变频器配备有手动旁通装置。如下图所示：
    变频器异常时，变频器停止运行，电机可以直接手


动切换到工频运行。工频旁路由3个高压隔离开关K1、K2、K3组成。变频运行时，K1合，K2处于变频位置；工频运行时，K3合，K1、K2断开。

成功应用
     循环风机高压变频器于2007年11月到现场，12月中旬安装，1月送电调试，并配合生产进行各种动力实验，试验期间各种连锁可靠，故障声报警准确，和DCS系统连接方便、控制精度高。投入生产运行后，通过实际生产期间对循环风机工频启动运行和变频启动运行的大量对比测试，循环风机采用变频启动运行后具有明显的节能优势，如下表所示：


    通过上面的数据我们不但看到了该设备不但可以每年节省70多万元的经济效益，而且还具有以下优点：
安装简单，即将原高压开关柜与电动机之间插入安装变频器，对原有接线改动不大。
操作使用方便，变频器操作只有简单的开机、停机和频率调整。
能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，适用性强。
保护功能完善，故障率低，排风机启动平稳，启动电流小，可靠性高。
电动机不需长期高速运行，工作电流大幅度下降，节电效果显着。
由于变频器取代了液耦调速，消除了机械及液压高故障率的缺陷，设备维护费用降低。
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。

结束语
    目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造成本的竞争，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的用电比重，通过微能高压变频器在京兰水泥的应用，增强了运行的安全可靠性，提高了生料磨的产量，又达到较好的节能效果，是水泥厂节能改造的理想设备，具有很高的推广价值。

参考文献：
1.《WIN-HV 使用说明书》