高压变频调速在选粉机排风机上的应用

刘毅，王志钢

高压变频调速在选粉机排风机上的应用

Application of High Voltage Frequency Conversion on Cyclone Separator's Exhaust Fan

刘毅，王志钢

分析了高压变频器在水泥厂高压电动机（原料磨选粉机排风机）中的应用。实践证明，高压变频器在降低高压排风机的用电率、减少启动电流、提高功率因数、改进生产工艺水平、提高自动化水平等方面有很好的应用前景。

原料磨选粉机排风机；高压变频技术

1 技术改造背景

目前，水泥行业竞争日趋激烈，关键还是制造成本的竞争，而电机拖动系统电耗就占成本近30%，尤其风机耗能在电机中占有很大比重，因此做好风机的降耗增效工作就显得极为重要。若企业能够把电费降下来，企业的市场竞争力就会大大提高。

很多水泥企业的风机能耗现象严重，电力拖动设备大马拉小车现象很普遍，存在较大的节能空间，尤其是6kV高压电动机,如循环风机、排风机等，运行时用阀门调节生产时需要的风的流量，使得部分设备电机的能耗有很大一部分浪费在阀门上；又因调节挡板而造成挡板和管道的磨损及经常停机检修造成经济损失；在高压电机直接启动时，冲击电流较大，影响电网的稳定性。

我公司地处京津地区，市场竞争压力很大，同时又是天津市明确需承担节能减排义务的企业，如果利用调速技术改造风机的运行速度，以调节风量的大小，既可以满足生产要求，又能达到节电的效果。因此，采用节电装置进行电机节电改造势在必行。我公司正是在这种状况下，对原料粉磨系统进行高压变频技术改造研究的。该原料粉磨系统结构如图1所示。

2 系统技术方案设计

2.1 工艺介绍及分析

2.1.1 改造对象

我公司一线原料磨选粉排风机电机，电机额定功率220kW，为鼠笼电机。

2.1.2 原料选粉过程（见图1）

调配好的原料由B14M皮带送到球磨机，经过球磨机加工后通过斜槽1送到出磨斗提B6M，从出磨斗提出来的原料通过斜槽2进入选粉机。在选粉机内原料被打碎后，依靠原料磨选粉机排风机B53M的风量变化，根据离心力原理将合格的细粉通过6个旋风筒送到拉链B1M，经过入库斗提和斜槽3最后到原料库。不合格的原料粉再经过皮带B12M回到球磨机进行再次加工。

2.1.3 原料磨选粉机排风机风量的作用

通过调节原料磨选粉排风机的风量变化，可以控制成品原料的细度、系统的循环负荷（回粉与成品的比例）和球磨机磨况，还有在饱磨或原料品质发生变化等特殊情况下要与系统其他设备配合调整。如果原料磨选粉排风机的风量减小，原料粉的细度就会减小；风量增大，原料粉的细度就会增大，同时对系统的循环负荷和球磨机磨况有较大的影响。

图1 原料粉磨系统结构图

通过对水泥原料工艺的分析了解可知：调节原料磨选粉机排风机的风量变化在生产工艺中尤为重要。对选粉机排风机的风量变化要求比较高。原料磨选粉机排风机的风量变化是通过调节进口阀门的开度来控制的，但选粉机排风机的6kV电机还是全速运行。

2.2 系统电气改造

根据现场生产工艺要求，可以通过增加ZINVERT高压变频技术对上述设备的电机进行节能改造，达到调节风量满足生产工艺要求及节能的目的。原有配电系统及阀门调节系统保留作为备用，以确保设备运行的可靠性和生产过程的连续性。

2.2.1 原系统方案（图2）

原系统6kV开关柜至电机，电机与风机直接连接。原料磨选粉机排风机的风量变化是通过调节进气阀门的开度来控制的，但选粉机排风机的高压电机依然是全速运行。

2.2.2 改造后系统方案

经过对原系统进行分析，将原系统的风压控制由原来的工频拖动改为电动机由变频输出拖动，由变频器对电机进行调速，最后达到原料磨选粉机排风机的风量与压力的工况要求值。实现变频运行到工频旁路运行以及工频旁路运行到变频运行的自动切换功能，按一拖一的方式配置（即一台高压变频调速系统拖动一负载），其电气接线图如图3所示。

图3中，QS是用户高压开关柜的断路器，J1、J2、J3是变频器内部真空接触器触点，K1、K2、K3、K4是变频器内部手动隔离刀闸。

为了充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置，可在变频回路故障时将电机切换至工频状态下运行。电机、高压断路保留了原有设备。高压变频器系统配备自动旁路柜，用户根据要求可选择“手动旁路”或“自动旁路”。方案在设计中的特点：

（1）刀闸K1、K2、K3、K4无机械闭锁功能，只是在检修时由手动断开以形成明显的断开点，确保工作人员的安全。在工频和变频运行状况下均处于闭合状态。

（2）工频旁路接触器J3与变频进线接触器J1、变频出线接触器J2具备电气闭锁功能，不能同时闭合。

（3）当电源断路器QS合闸后，刀闸K3、K4电气闭锁，旁路柜不允许操作。

（4）当ZINVERT高压变频器变压器柜门或功率柜门有任何一柜门未关闭时，用户电源断路器QS不允许合闸。

（5）6kV开关继电保护配置保留原有的配置方案。高压变频器本身具有继电保护功能，所以不需要额外的保护配置要求。

（6）在原DCS系统的组态画面上加一组运行调节图标，来监控调速节能系统的运行。

（7）控制信号接口说明：节能装置与原有DCS控制系统信号连接，DCS上位机可以设置变频装置的启停和设定运行频率，同时节能装置将各种信号（备妥、电流频率、变频器故障和故障复位信号以及运行信号）反馈至中控室，便于中控室集中操作。

（8）在变频运行状况下，J1、J2闭合，J3断开。如需自动切换至工频运行，此时先停止变频器输出，跳闸用户6kV开关柜，再由电气控制依次断开J2、J1，然后闭合J3使电机切换至工频侧，再合闸开关柜，使电机工频运行。

（9）在工频旁路运行状况下J3闭合，J2、J1断开。如需自动切换至变频运行，此时由电气线路控制先跳闸6kV开关柜，再断开J3，然后依次闭合J2、J1，再合闸开关柜，启动变频器，完成由工频旁路运行到变频运行的自动切换。

（10）旁路柜内各刀闸、接触器与进线断路器操作连锁的逻辑说明：

对旁路柜刀闸K1～K4电磁锁的操作（刀闸采用电磁锁控制，以防止带负荷操作，在满足以下各前提条件时，刀闸的操作才有效）：

K1刀闸操作：J1在分闸状态，K1允许操作。

K2刀闸操作：J1、J2在分闸状态，K2允许操作。

K3刀闸操作：J3在分闸状态、旁路柜未带高压，K3允许操作。

图2 改造前的主接线系统结构

图3 改造后的主接线系统结构

K4刀闸操作：J3在分闸状态、旁路柜未带高压，K4允许操作。

3 系统特点

高压变频调速技术在生料粉磨系统中应用后，主要体现了以下几个特点：

（1）节约电费，显著提高能源利用效率，降低企业生产成本，增强企业竞争能力。

（2）用高压变频调速装置后，功率因数提高，无需功率因数补偿。

（3）设备运行与维护费用下降。采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现节能，在负荷率较低时，电机、风机转速也降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长；并且变频改造后风门开度可达100%，运行中不承受压力，可显著减少风门维护量；同时由于风门全开，现场运行噪音降低，改善了现场运行工作环境。

（4）用高压变频调速装置后，可对电机实现软启动，电机使用寿命增长,减少了大电流对供电电网及电机的冲击,减少了直接启动时的噪声。

（5）操作简单，运行方便，人机界面功能丰富。

（6）提高了运行安全可靠性，设有工频运行切换系统，与原系统控制装置构成备用系统，以备故障切换运行，确保系统正常使用。

4 使用维护

（1）安装运行后，管理、维护工作要到位，维护电气人员必须经过厂家专业培训，熟悉其运行维护特点及操作方法；为保证工作安全,从事维修的人员必须持有高压电工证并配置高压绝缘工具（包括绝缘靴、绝缘手套、验电器、遮栏等）。

表1 一线原料磨选粉机排风机电机改造前后数据对比

（2）高压变频装置的故障率较低，但为保证其安全稳定运行，要注重利用停机时间对高压变频器进行细致的检修，并且日常要定期对变频器各门窗的过滤网进行清洗清洁，尤其在夏季要注意高压变频室的通风，增加滤网清理频次，保证其内部的电子元件设备正常工作。

（3）作为高压变频器的上一级开关，做好6kV高压柜的检修维护工作尤为重要，例如：6kV对高压开关备妥、应答、驱动信号回路要保证良好，否则会造成不必要的停车；为了充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置，可在变频回路故障时将电机切换至工频状态下运行。所以在考虑6kV高压柜保护定值时要按照切换至工频状态下考虑，否则会造成风机运行时切换功能失败。

（4）保证供电质量的稳定性，尽量避免突然停送电及接地故障的发生，避免对高压变频器电子元器件运行造成影响。

4节能分析

一线生料磨选粉机排风机电机进行节电改造后，磨机平均产量在155t/h，节电率为36.97%，节电效果显著，达到了预期效果。生料磨选粉机排风机电机之前运行功率为114kW，按节电率36.97%计算，1h节电42.16kW，一年按300d计算，可以节约电量30.35万度，电费按0.55元/度计算，节约电费16.69万元。

经计算，一线原料磨选粉机排风机电机安装高压变频调速设备后，节电率为36.98%（见表1）。

5结语

一线生料磨选粉机排风机电机应用变频节电技术后，设备运转正常，未出现过影响主机运转的情况，同时在台产合理的情况下，节电效果明显。结合以上分析可以看出，通过变频调速的技术改造，不仅节约用电，而且减少了机电设备和相关的机械磨损，延长了设备使用寿命，降低了维护维修成本，有力地促进了我公司节能减排工作的开展，达到了节能降耗的目的。

[1]钱平.交直流调速控制系统[M].北京:高等教育出版社.

[2]陶毅.变频调速技术在电动机系统中的应用[J].电力需求侧管理,2006(6):60-61.■

TM921.51

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1001-6171（2012）06-0097-03

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2012-06-08；编辑：赵莲