英威騰CHH100系列高壓變頻器在新疆南崗水泥廠窯尾風(fēng)機的節(jié)能改造
前言
由于世界能源緊缺，煤、電、油等能源價格不斷攀升，能耗高已嚴(yán)重制約企業(yè)的生存和可持續(xù)發(fā)展，近幾年變頻調(diào)速的優(yōu)越性和節(jié)能效果已在低壓變頻器的運用中得到充分體現(xiàn)，同時高壓變頻技術(shù)的日趨成熟，并逐步在冶金、化工、電力、建材等眾多行業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。公司各部門根據(jù)各自在操作、運行維護(hù)、設(shè)備可靠性、控制、節(jié)能和管理等方面對公司工藝控制復(fù)雜、設(shè)備維護(hù)量大、故障率高；電氣控制復(fù)雜、耗電量較高、有較高的節(jié)能空間的設(shè)備進(jìn)行了調(diào)研和可行性分析，確定將窯尾高溫風(fēng)機（800kW/6kV）進(jìn)行變頻節(jié)能改造。
一、窯尾風(fēng)機變頻改造的可行性分析
1、高溫風(fēng)機的運行現(xiàn)狀：
公司回轉(zhuǎn)窯窯尾風(fēng)機電機為800kW/6kV高壓電機：
（1） 供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計余量大：各風(fēng)機的擋板開度為75%以下，沒有滿負(fù)荷運行；
（2） 現(xiàn)供風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)流量是通過擋板開度的大小來調(diào)節(jié)，它是通過改變擋板的開度從而改變管網(wǎng)的風(fēng)阻來調(diào)節(jié)供風(fēng)流量的；還有通過液力耦合器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速改變供風(fēng)量，這種方式雖說簡單易行，但它存在很大的弊病。其中(1) 節(jié)能效果:液力耦合器節(jié)能效果低，在低速時，有近3/4的能量被浪費。大容量的設(shè)備還應(yīng)添加水冷系統(tǒng)。(液力耦合器是一種耗能型的機械調(diào)速裝置，調(diào)速越深(轉(zhuǎn)速越低)損耗越大，對于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化，原傳動輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低，損耗功率相對小一些，但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小，調(diào)速效率仍然很低。(2) 安全性能:液力耦合器出現(xiàn)問題后，必需停機維修，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。(3)運行精度: 力耦合器靠油量和負(fù)荷的拉動調(diào)速，調(diào)速精度低，當(dāng)負(fù)荷變化時，轉(zhuǎn)速隨之變化。(4)維護(hù)費用: 液力耦合器在運行一定時間后，需對液壓油進(jìn)行更換。
（3）現(xiàn)在高壓電機多為水電阻啟動起動，巨大的起動電流(起動電流一般為額定電流的3倍左右)會產(chǎn)生巨大轉(zhuǎn)矩沖擊，會使電機的轉(zhuǎn)子繞組及組尼繞組承受很高的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，致使電機籠條端環(huán)斷裂，鐵芯松弛，絕緣繞組擊穿等。這些情況會導(dǎo)致系統(tǒng)動力設(shè)備的使用壽命減短，維護(hù)時間與維護(hù)費用增加。
（4） 工人的勞動強度大，往往根據(jù)供風(fēng)的高低峰進(jìn)行人為調(diào)節(jié)。
2、節(jié)能預(yù)算：
根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與頻率和極數(shù)的關(guān)系，即n=60f(1-s)/p,式中
n表示電機轉(zhuǎn)速
f表示輸入頻率
s表示電機轉(zhuǎn)差率
p表示電機磁極對數(shù)
可知，要改變電機的轉(zhuǎn)速，可以通過改變電機極數(shù)和轉(zhuǎn)差率，以及頻率來實現(xiàn),變頻調(diào)速就是采用變頻調(diào)速器直接通過改變頻率來改變電動機的轉(zhuǎn)速的。
由流體力學(xué)知道，風(fēng)機的流體流量（Q）與轉(zhuǎn)速（n）的一次方成正比，風(fēng)機的壓力（H）與轉(zhuǎn)速（n）的二次方成正比，風(fēng)機的功率（P）正比于風(fēng)機的流量（Q）與壓力（H）的乘積，即風(fēng)機的功率（P）與轉(zhuǎn)速（n）的三次方成正比，即
流量Q ∝ 轉(zhuǎn)速n
壓力H ∝ 轉(zhuǎn)速n2
功率 P ∝ 流量Q*壓力H ∝ 轉(zhuǎn)速n3
高溫風(fēng)機電機參數(shù)：
功率P：800kW,
額定電壓：6kV,
額定電流：95A,
額定轉(zhuǎn)速：1487r/min,
功率因數(shù)：0.896；
高溫風(fēng)機運行參數(shù)：
運行電流：65A,
風(fēng)門開度：70%,
電機轉(zhuǎn)速：1300 r/min；
工頻運行時的軸功率消耗：
P1=1.732*U*I*COSφ=1.732*6000*45*0.896 =419.00kw
保守估算變頻改造后的軸功率消耗：
根據(jù)工頻運行是風(fēng)機轉(zhuǎn)速1300 r/min，擋板開度70%，結(jié)合擋板特性及流體學(xué)原理，變頻器改造后，風(fēng)門擋板全開，電機可運行在36.41Hz即可滿足生產(chǎn)要求，變頻運行消耗的功率為：
P2=800*(36.41/50)3/0.96 =322.63kw
變頻改造后一小時的節(jié)電量
△ P = ( P1－P2 )= 419.00-322.63=96.37kW
變頻改造后的節(jié)電率：
N =( 96.37/419.00)×100% = 23.00%，
年節(jié)約電費（按80%的運轉(zhuǎn)率、單位電價為0.42元/kWh）計算：
年運行時間為365*24*80%=7008小時
年節(jié)約電量為96.37*7008=675360KWh=67.53萬度
年節(jié)約電費為：67.53 * 0.5 = 552230=33.76萬元
3、改造后效果
根據(jù)以上節(jié)能計算，很明顯，當(dāng)采用變頻調(diào)速控制后，保守估計，節(jié)電率約大于為20%，除以上明顯的節(jié)能外，使用變頻調(diào)速還具有如下優(yōu)點：
1) 優(yōu)良的調(diào)速性能，完全可以滿足于生產(chǎn)工藝要求。
2) 實現(xiàn)了空載軟啟動，啟動峰值電流和時間大大減少，避免了因大電流造成電機的絕緣老化及由于大力矩造成的機械沖擊對電機壽命的影響，減少電機的維護(hù)工作量。
3) 避免了大力矩造成的機械沖擊，減少了機械的磨損，延長風(fēng)機葉輪的使用壽命，降低了維護(hù)費用。
4) 系統(tǒng)安全、可靠，控制方便、靈活，自動化水平高。
二、窯尾風(fēng)機高壓變頻改造的選擇
我公司與深圳市英威騰電氣股份有限公司在2008年5月15日簽署了一臺800kW/6kV的高壓變頻器購銷合同，選用了一套該公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的CHH100-0800-06系列高壓變頻器，用于公司窯尾風(fēng)機的改造。變頻器為電壓源型，直接“高—高”方式，6kV電壓直接輸入，6kV電壓直接輸出，單元串聯(lián)PWM疊波輸出，每相6單元，功率單元和控制系統(tǒng)之間采用光纖通訊，實現(xiàn)強弱電的完全電氣隔離，提高了整個系統(tǒng)的抗干擾能力；
變頻器及其工頻旁路開關(guān)由變頻器整體配套提供，主要元器件均采用國際知名廠家產(chǎn)品，所有重要零部件均經(jīng)過嚴(yán)格篩選和100%測試，整機進(jìn)行空載高壓負(fù)載試驗�？紤]到變頻器因故障退出運行后不影響生產(chǎn)，確保系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)旁路選用自動旁路柜，當(dāng)變頻器發(fā)生重大故障無法運行時，變頻器將立刻分?jǐn)喔邏狠斎耄⒔o出故障報警，此時自動旁路柜將電機自動投入工頻電網(wǎng)運行；
高壓變頻器調(diào)試正常后，英威騰公司技術(shù)人員還在現(xiàn)場對高壓變頻器的操作、日常維護(hù)以及易出現(xiàn)的故障等作了詳細(xì)的講解和培訓(xùn)。