1前言
福建春馳集團是福建省大型水泥骨干企業，創建于1993年，公司擁有兩條年產75萬噸新型干法旋窯熟料水泥生產線和一條年產50萬噸旋窯水泥熟料生產線。水泥廠1#、2#除塵風機采用異步電動機拖動，原來的電機運行方式為全速運行，風量調節采用擋板控制開度，擋板調節存在的如下問題：
（1）大量的能量損耗在擋板的截流過程中。
（2）空氣對擋板閥門和管道沖擊較大，設備損壞嚴重。
（3）擋板執行機構為電動執行器，不能適應長期頻繁調節。
（4）擋板調節線性度差，調節比較困難，且操作不當會造成風機震動。
采用變頻調速后，風門全部打開，降低風機轉速，使風機處于高效運行狀態，節能效果最佳。變頻器還具有以下優點：
（1）實現軟啟動，對電網和機械負載的沖擊大大減小，延長了電機和風機的壽命。
（2）降低了軸承和密封的損壞，減少了維護工作量。
（3）采用變頻調速，轉速調節方便，利用調節器4～20mA電流信號，變頻器可以調節電機轉速，線性度較好，風量調節平穩。
水泥廠領導決心對除塵風機進行調速改造，考慮到國產高壓變頻器設備水平已接近國際水平，能滿足運行要求，公司公開招標，進行性價比比較，結果山東新風光電子科技發展有限公司生產的JD-BP37-280F型高壓變頻調速器勝出。
2現場除塵風機及電機參數
現場1#、2#除塵風機設備參數相同，下面表1給出1#除塵風機基本參數。
表1為現場電機參數，表2為風機參數。
表1 電機參數

負載名稱
1#除塵風機
所帶負載類型
離心風機

型號
YKK450-10
額定電壓（V）
6000

額定電流(A)
35.6
額定功率(kW)
280

額定頻率（Hz）
50
功率因數
0.81

額定轉速(rpm)
593
絕緣等級
F

生產廠商
蘭州電機有限責任公司



表2 風機參數

型號
XY46-SY2500D
額定風壓（Pa）
1800

額定風量（m3/h）
330000
額定轉速(rpm)
590

額定功率(kW)
280
氣體溫度（℃）
230

生產廠商
浙江義烏星耀風機有限公司

3山東新風光電子JD-BP37系列高壓變頻器突出特點
風光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。產品2003年被列為國家重點新產品，高壓提升機變頻調速系統2005年被列為國家火炬計劃項目，獲科技部中小企業技術創新基金項目資助。2007年，高壓變頻器被評為中國名牌產品，是國內高壓變頻器行業為數不多的兩個名牌產品之一。具體來說，風光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點：
(1)采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。
(2)飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動。
(3)完整的工頻/變頻自動互切技術。現在的高壓變頻調速系統一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發生故障時能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發生故障后直接自動轉換至工頻運行。公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態，還可實現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個轉換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。
(4)旋轉中再啟動功能。運行過程中高壓瞬時掉電3s內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。
(5)線電壓自動均衡技術（星點漂移技術）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。
(6)單元直流電壓檢測：實時顯示檢測系統的直流電壓，從而實現輸出電壓的優化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統控制性能，并可使保證運行維護人員實現對功率單元運行狀況的全面把握。
(7)單元內電解電容因采取了公司專利技術，可以將其使用壽命提高1倍。
(8) 通過控制器可實現對各單元直流濾波電容壽命的檢測，實現在年檢中對單元電解電容器進行檢測，根據出廠時電解電容器的特性的比較與趨勢，可得出對電解電容器壽命的猜測，提前預知電解電容器是否可繼續運行，避免由于電容器運行出現非預期的系統故障，并實現運行維護人員對功率單元設備狀況的及時把握。
(9) 散熱結構設計合理，單元串聯多重化并聯結構，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過壓范圍(≥1.15Ue)，設備可靠性更高。
(10) 具有雙路控制電源，一路為經干式變壓器變壓后的電源，一路為外部控制電源，這樣在調試過程中，無需加入高壓主電源，就可以檢測輸出波形的正常與否。對于在現場安裝調試以及人員培訓很方便，大大提高了安全性。
(11)具備突發相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。變頻器在發生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發生。
(12)限流功能：當變頻器輸出電流超過設定值，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護，最大限度減少停機次數。
(13) 故障自復位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過電流保護時，可自動復位，繼續運行。
4改造方案
4.1實施過程
根據用戶現場要求，采用兩臺高壓變頻器分別對1#、2#除塵風機一拖一控制，采用手動工頻旁路方案，以1#除塵風機變頻改造方案為例說明，主回路如下圖1所示：

K0 用戶原高壓開關
K1、K2和K3 變頻器旁路開關柜高壓隔離開關
BPQ JD-BP37-280F高壓變頻器
M 高壓電動機
變頻器控制除塵風機為一拖一控制，旁路開關柜用于工/變頻切換。K1，K2和K3為三個高壓隔離開關，要求K2和K3不能同時閉合，在機械上實現互鎖。K2斷開，K1和K3閉合，窯頭風機變頻運行；K1和K3斷開，K2閉合，除塵風機工頻運行。
1#除塵風機高壓變頻器現場照片設備如圖2所示。

4.2變頻器具有多種控制方式
該設備有三種控制方式 ：
（1）以壓力、流量為控制對象的閉環控制：以輸入的4～20mA模擬量值為控制依據，實現自動控制。
（2）以轉速為控制對象的開環控制：該方式在遠程操作（DCS或遠程操作箱上操作）用戶可根據工況條件自設定轉速，變頻器以該轉速為控制值，該方式下頻率的變化依據用戶輸入的模擬量，4mA對應0轉速，20mA對應額定轉速。
（3）以頻率為控制對象的開環控制：該方式在就地操作（設備本體上操作）直接從觸摸屏上設置輸出頻率，變頻器以該頻率為控制目標值。
以上三種控制方式用戶可通過人機界面（觸摸屏）設置，滿足不同的工況要求。
4.3 現場DCS控制
本系統選用以轉速為控制對象的開環控制：該方式在遠程操作（DCS上操作）用戶可根據工況條件自設定轉速，變頻器以該轉速為控制值，該方式下頻率的變化依據用戶輸入的模擬量，4mA對應0轉速，20mA對應額定轉速。

如圖3所示，DCS系統輸出 4～20mA電流信號控制JD-BP37高壓變頻器的運行頻率， 來控制電機的運行轉速。 JD-BP37高壓變頻器反饋4～20mA電流信號指示JD-BP37高壓變頻器的輸出頻率、輸出電流。JD-BP37高壓變頻器同時接收DCS控制系統的啟動、停止、急停、復位控制信號，調整運行狀態。
當JD-BP37高壓變頻器故障時，系統輸出故障停機和報警信息，用于提示用戶啟動故障處理措施，同時JD-BP37高壓變頻器將信號發送給DCS，在DCS系統上顯示故障，以便于及時的排除故障。如果系統出現緊急情況，DCS監視人員立即點擊變頻器緊急停止按鈕，此時變頻器立即封鎖輸出，并及時跳開現場6kV開關。
為保證JD-BP37高壓變頻器操作的安全性，需從改造電機的進線開關柜把斷路器的狀態信號接入JD-BP37高壓變頻器。 JD-BP37高壓變頻器輸出的故障跳閘信號接入斷路器的分閘回路，連跳高壓信號接入安全回路，當出現嚴重故障時及時跳開斷路器保護JD-BP37高壓變頻器及電機。
4.4多種控制保證措施，保證產品可靠運行
水泥行業連續生產的性質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。水泥廠一般地處偏遠，供電質量相對不高，對設備的電網適應性問題突出。相對適應進口品牌高壓變頻器，風光牌高壓變頻器拓撲結構采用功率單元串聯技術方案，產品具有對電網電壓的適應范圍寬（－65％～115％Un），單元故障自動旁路、工頻旁路、瞬時停電再啟動功能、相間短路等多項完善的保護功能技術，提高了抗電網波動和負載擾動能力，大大提高產品在水泥應用現場的可靠性。
5 節能效果分析
2009年9月24日，變頻器正式投入運行，至今運行良好。為了對水泥廠1#、2#除塵風機節能效果統計分析，以1#除塵風機為例計算說明。在用戶正常生產相同的情況下，選取1#除塵風機變頻改造前6月10日至6月19日工頻運行情況，變頻改造后選取10月15日至10月24日，統計對比情況如下表3所示。
表3 1#除塵風機運行效果統計對比表

序號
變頻改造前運行情況
變頻改造后運行情況


時間
運行電流
時間
輸入電流
輸出電流
運行頻率

1
09.6.10
33.4A
09.10.15
13.1A
21.0A
39.10Hz

2
09.6.11
32.5A
09.10.16
25.0A
34.0A
49.00Hz

3
09.6.12
33.5A
09.10.17
9.1 A
16.9 A
34.50 Hz

4
09.6.13
32.8A
09.10.18
15.4 A
24.4A
40.60Hz

5
09.6.14
33.0A
09.10.19
14.6A
23.5 A
39.80Hz

6
09.6.15
32.9A
09.10.20
18.0 A
25.6 A
41.60Hz

7
09.6.16
33.4A
09.10.21
15.2 A
24.2 A
40.40Hz

8
09.6.17
33.5A
09.10.22
15.6 A
24.6 A
41.00Hz

9
09.6.18
32.1A
09.10.23
16.0 A
30.0A
41.00Hz

10
09.6.19
32.9A
09.10.24
19 .0A
26.0 A
42.00Hz

改造前平均運行電流：33.0 A，功率因數0.78
改造后平均輸入運行電流：16.1 A，功率因數0.96

結 果
通過10天性能考核分析：
工頻平均每小時運行功率計算：
P工頻=1.732×6.20kV×33.0A×0.78=276.41 kW
變頻平均每小時運行功率計算：
P變頻=1.732×6.22 kV×16.1A×0.96=166.51 kW
一年按300天計算，年節約電量：
（276.41 kW—166.51kW）×24h×300天=79.13萬 kW·h。
每度電按0.32元計算，一臺高壓變頻器年可節約電費：
79.13萬 kW·h×0.32元=25.32萬元。

6結 論
山東新風光電子科技發展有限公司型號為JD-BP37-280F型高壓變頻器在福建春馳集團新豐水泥公司從投運運行至今，其性能穩定、節能效果明顯，可以根據生產的用風情況進行風量調節，大大提高系統的穩定性。
在水泥廠除塵風機的系統中應用高壓變頻器能節能降耗，是國家大力提倡節能降耗政策不可缺少的技術手段。根據高壓變頻器的性能及工作原理，可以廣泛地應用在電力、冶金、石化、水泥、礦山等需要用到高壓電機驅動的各個行業。