前 言
由于世界能源緊缺，煤,、電,、油等能源價(jià)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(yùn)用中得到充分體現(xiàn),，同時(shí)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,。我公司作為貴州省清潔生產(chǎn)的試點(diǎn)企業(yè),，節(jié)能降耗勢在必行。公司各部門根據(jù)各自在操作,、運(yùn)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2號窯尾高溫風(fēng)機(jī)（1250kW/6kV）高壓電機(jī)作為第一批變頻節(jié)能改造設(shè)備,。
一,、高溫風(fēng)機(jī)變頻改造的可行性分析
1、高溫風(fēng)機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀：
公司2號窯高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)為1250kW/6kV高壓電機(jī),。該設(shè)備原設(shè)計(jì)采用襄樊大力工業(yè)控制有限責(zé)任公司生產(chǎn)的液體電阻起動調(diào)速器進(jìn)行調(diào)速（即水電阻調(diào)速）,，在應(yīng)用水電阻調(diào)速控制的過程中,，存在以下幾個(gè)方面的問題：
1） 轉(zhuǎn)子部分仍帶有集電環(huán)、碳刷等配件,，在運(yùn)行過程中需對這些配件進(jìn)行更換或處理,，運(yùn)行維護(hù)量大。
2） 轉(zhuǎn)子部分未能完全切除,，在轉(zhuǎn)子部分有約160V左右的電壓和380A左右的電流,，導(dǎo)致大量的電能無功的消耗在水電阻上。
3） 由于大量的電能消耗在水電阻上而使水電阻溫度不斷升高,，為給水電阻進(jìn)行冷卻,，需大量的自來水供給，造成大量的水資源浪費(fèi),。
4） 為給水電阻進(jìn)行冷卻,，在水電阻外部使用了一臺5.5kW和一臺1.5kW的電機(jī)進(jìn)行電解液和自來水的循環(huán)。
5） 在夏季或廠區(qū)供水壓力低的情況下,，常因高溫風(fēng)機(jī)調(diào)速柜內(nèi)水電阻水溫過高（高于60℃時(shí)）而切除水電阻,，電機(jī)全速運(yùn)行，從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速失控,，影響生產(chǎn),。
2、節(jié)能計(jì)算：
根據(jù)電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速
f表示輸入頻率
s表示電機(jī)轉(zhuǎn)差率
p表示電機(jī)磁極對數(shù)
可知,，要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以通過改變電機(jī)極數(shù)和轉(zhuǎn)差率,，以及頻率來實(shí)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(jī)的轉(zhuǎn)速的。
由流體力學(xué)知道,，風(fēng)機(jī)的流體流量（Q）與轉(zhuǎn)速（n）的一次方成正比,，風(fēng)機(jī)的壓力（H）與轉(zhuǎn)速（n）的二次方成正比，風(fēng)機(jī)的功率（P）正比于風(fēng)機(jī)的流量（Q）與壓力（H）的乘積,，即風(fēng)機(jī)的功率（P）與轉(zhuǎn)速（n）的三次方成正比,。與轉(zhuǎn)速三次方成正比。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(jī)電機(jī)參數(shù)：
功率PN：1250kW,
額定電壓：6kV,
額定電流：139.5A,
額定轉(zhuǎn)速：1487r/min,
功率因數(shù)：0.896;
高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)：
運(yùn)行電流：110A,
風(fēng)門開度：90%,
電機(jī)轉(zhuǎn)速：1300 r/min,。
工頻運(yùn)行時(shí)的軸功率消耗：
P1=1.732＊U＊I＊COSφ=1.732＊6000＊110＊0.896 =1024kW,
保守估算變頻改造后的軸功率消耗：
假設(shè)改造后仍需1300r/min的轉(zhuǎn)速,，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下的功率消耗為1250kW。
由 式PN/P2=（nN/n2）3
得 P2= PN （n2/nN）3=1250＊（1300/1487）3=827kW
變頻改造后一小時(shí)的節(jié)電量
△ P = （ P1-P2 ）=1024-827=197kW
變頻改造后的節(jié)電率：
N =（ 197/1024）×100% = 19.2 %,，
年節(jié)約電費(fèi)（按80%的運(yùn)轉(zhuǎn)率,、單位電價(jià)為0.42元/kWh）計(jì)算：
年運(yùn)行時(shí)間為365＊24＊80%=7008小時(shí)
年節(jié)約電量為197＊7008=1380576KWh=138萬度
年節(jié)約電費(fèi)為：1380576＊0.42=552230=57.98萬元
3、改造后預(yù)計(jì)效果：
根據(jù)以上節(jié)能計(jì)算,，很明顯,，當(dāng)采用變頻調(diào)速控制后，據(jù)保守估算,，節(jié)電率約為15%,，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(diǎn)：
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） 甩開了轉(zhuǎn)子部分的集電環(huán)、碳刷等配件,，大大降低了運(yùn)行中的維護(hù)量且運(yùn)行可靠,。
3） 沒有了自來水的冷卻這個(gè)環(huán)節(jié)，節(jié)約了水資源,。以目前水電阻的水消耗來看,，一天大約可節(jié)約30T左右用水。按80%的運(yùn)轉(zhuǎn)率（365＊80%=292天）,，0.8元的單位水價(jià)計(jì)算,，一年可節(jié)約水費(fèi)：30＊292＊0.8=7008元。
4） 采用變頻調(diào)速控制后,，減少了以前用于外部循環(huán)的5.5kW和1.5kW（共7kW）的電機(jī)消耗,。按70%的負(fù)載率（5kW），仍按80%的運(yùn)轉(zhuǎn)率（7000h）,、0.40元的單位電價(jià)計(jì)算,，一年可節(jié)約電費(fèi)：5＊7000＊0.42=14700元。
5）實(shí)現(xiàn)了空載軟啟動,，啟動峰值電流和時(shí)間大大減少,，避免了因大電流造成電機(jī)的絕緣老化及由于大力矩造成的機(jī)械沖擊對電機(jī)壽命的影響，減少電機(jī)的維護(hù)工作量,。
6）避免了大力矩造成的機(jī)械沖擊,，減少了機(jī)械的磨損，延長風(fēng)機(jī)葉輪的使用壽命,，降低了維護(hù)費(fèi)用,。
7） 系統(tǒng)安全、可靠,，控制方便,、靈活，自動化水平高,。
因此,，對2號窯尾高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造是可行的。
二,、高溫風(fēng)機(jī)高壓 變頻改造的選擇
我公司與北京合康億盛科技有限公司在2007年8月15日簽署了一臺1250kW/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 HIVERT-06/154 P變頻器,，用于公司2號窯高溫風(fēng)機(jī)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5單元。功率單元和控制系統(tǒng)之間采用光纖通訊,，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電的完全電氣隔離,，提高了整個(gè)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(jī)進(jìn)行空載高壓負(fù)載試驗(yàn),?？紤]到變頻器因故障退出運(yùn)行后不影響生產(chǎn)，確保系統(tǒng)正常工作,，系統(tǒng)旁路選用手動旁路柜,，當(dāng)變頻器發(fā)生重大故障無法運(yùn)行時(shí)，變頻器將立刻分?jǐn)喔邏狠斎?，并給出故障報(bào)警,，此時(shí)可以通過手動旁路柜將電機(jī)投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行。
2007年9月18日設(shè)備到貨,，28日變頻器安裝就位,。10月1日利用2#窯停窯檢修的機(jī)會，完成了高壓柜到變頻器的連接,，柜內(nèi)干式變壓器與功率單元的連線,，變頻器與DCS的連接、DCS程序及操作界面和運(yùn)行曲線的制作,。10月4日先后對安全上電聯(lián)鎖,、變頻器控制柜、空電機(jī),、輕載和重載等進(jìn)行了調(diào)試,。
高壓變頻器調(diào)試正常后，合康公司技術(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,。
三、高溫風(fēng)機(jī)高壓變頻器的運(yùn)行情況
2號窯尾高溫風(fēng)機(jī)變頻器于10月5日正式投入運(yùn)行。投運(yùn)后運(yùn)行狀況穩(wěn)定良好,、故障率極低,、運(yùn)行電流和風(fēng)機(jī)振動值均有下降，完全可以滿足于生產(chǎn)工藝控制的要求,，具體數(shù)據(jù)詳見下表：
四,、高溫風(fēng)機(jī)高壓變頻器的節(jié)能情況
高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造后,，不但在運(yùn)行方面取得良好的效果,，作為節(jié)能項(xiàng)目，在節(jié)能方面,，其節(jié)能效果非常顯著,，根據(jù)改造后一個(gè)月（10月份）的用電量與改造前一個(gè)月（1月份）的用電量進(jìn)行比較，可以看到進(jìn)行變頻節(jié)能改造后,，高溫風(fēng)機(jī)明顯的節(jié)能效果,，具體數(shù)據(jù)詳見下表：
高溫風(fēng)機(jī)變頻改造前后用電量對比表
從上表可以看出，改造前的1月份與改造后的10月份,，其單月產(chǎn)量差不多（10月份比1月份多產(chǎn)熟量717T）,，停窯時(shí)間都是6天，但1月份的用電量為 794060kWH,，10月份的用電量為489120kWH,，1月份比10月份多用電304940kWH;1月份日平均用電量為25614kWH，10月份日平均用電量為15778kWH,，1月份日平均用電量比10月份多9836kWH;1月份（高溫風(fēng)機(jī)）平均單位熟料電耗為27.49kWH/T,，10月份為16.52kWH/T，1月份（高溫風(fēng)機(jī)）平均單耗比10月份多10.97 kWH/T,。
按以上數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,，則：
高溫風(fēng)機(jī)日節(jié)約電費(fèi)=0.42元/ kWH＊9836KWH=4131.32元
高溫風(fēng)機(jī)月節(jié)約電費(fèi)=4131.32元＊30 =123933元
高溫風(fēng)機(jī)年節(jié)約電費(fèi)=123933元＊12 =1484203.2元
高壓變頻器投資回收期=1395000/1484203=0.94年，即1年就可收回成本,。
五,、小 結(jié)
目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈,，但關(guān)鍵還是制造成本的競爭,。電動機(jī)電耗占成本近30%，拖動風(fēng)機(jī)用的高壓電動機(jī)在電機(jī)中占有很大的比重,，因此做好電動機(jī)的降耗增效工作就顯得極為重要,。對高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造不管從操作、運(yùn)行維護(hù),，還是節(jié)能方面都取得了很好的效果,，是成功的。國內(nèi)高壓變頻調(diào)速器節(jié)能技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟,，是水泥廠節(jié)能改造的理想設(shè)備,，具有很高的推廣價(jià)值,。