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1引言

變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果,，改善設(shè)備的運(yùn)行工況,，提高系統(tǒng)的安全可靠性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命等優(yōu)點(diǎn),，成為現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向,。而通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來(lái)調(diào)整受控對(duì)象的方法,，不僅控制精度受到限制,，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗。隨著當(dāng)今社會(huì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇,，采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)這類負(fù)載進(jìn)行改造,，成為社會(huì)的潮流。
2用戶簡(jiǎn)介

四川某礦業(yè)有限公司是一家股份制民營(yíng)企業(yè),，是我國(guó)西部地區(qū)設(shè)備,、工藝和技術(shù)較先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量較好,、生產(chǎn)能力較大,、銷量較大的鉛鋅生產(chǎn)企業(yè)之一。該公司有一個(gè)羅茨鼓風(fēng)機(jī)，用于焙燒爐供氣,，焙燒爐正常生產(chǎn)時(shí),，需要保持空氣壓力為13kPa左右。但考慮到開爐及處理異常情況時(shí)的工藝要求,，所選風(fēng)機(jī)的富裕量達(dá)50%左右,。由于羅茨鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量余量很大，正常工作時(shí),，隨著爐子的產(chǎn)量和鋅礦石成分的變化,，風(fēng)機(jī)的工況也須調(diào)整。為了調(diào)節(jié)送風(fēng)量,，采取在送風(fēng)管上放風(fēng),，大量空氣排空，風(fēng)機(jī)放空噪音很大,，嚴(yán)重影響了周圍居民的生活,。
隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，該礦采取各種措施降本增效,。眾所周知,，羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓是不受風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速限制的,，不論轉(zhuǎn)速變化如何其風(fēng)壓可以保持基本不變,。而風(fēng)量則與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的，即Q＝KN,，Q：表示風(fēng)量,，N：表示風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，K：為系數(shù),。

羅茨鼓風(fēng)機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,，其節(jié)電率與轉(zhuǎn)速降成正比即N％=△N％，雖然不同于一般風(fēng)機(jī),、水泵節(jié)電率更高,，但因它的功率較大，而且連續(xù)24小時(shí)工作的,，開動(dòng)時(shí)間亦很長(zhǎng),。因此節(jié)電潛力大，節(jié)電效果明顯,。

該公司領(lǐng)導(dǎo)基于降低生產(chǎn)成本和降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪音兩方面考慮,，決定選用變頻器對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。經(jīng)過(guò)招標(biāo),，決定采用新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的JD-BP38-450F （450kW/10kV）高壓變頻器對(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造,。
現(xiàn)場(chǎng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)如表1、表2所示。

3 新風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心,，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù),、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器,，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEEE519-1992的諧波標(biāo)準(zhǔn),，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好,，不必采用輸入諧波濾波器,、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),、噪音,、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題,，可以使用普通的異步電機(jī),。具體來(lái)說(shuō)，風(fēng)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(diǎn)：
(1)采用高速DSP作為中央處理器,，運(yùn)算速度更快，控制更精準(zhǔn),。
(2)矢量控制技術(shù),，通過(guò)測(cè)量和控制交流電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制,，從而達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的,。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,，調(diào)速精度高,，帶負(fù)載能力強(qiáng)。
(3)快速飛車啟動(dòng)功能,。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng),。在變頻器受到負(fù)載沖擊保護(hù)后可對(duì)其自動(dòng)復(fù)位，然后再自動(dòng)啟動(dòng),，即可避免重要場(chǎng)合（如水泥廠高溫風(fēng)機(jī)）變頻保護(hù)停機(jī)造成的損失,。快速飛車啟動(dòng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)變頻器在0.1s之內(nèi)從保護(hù)狀態(tài)復(fù)位重新帶載運(yùn)行,。
(4)工頻/變頻無(wú)擾切換技術(shù)?，F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行,，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式,，手動(dòng)旁路需人工操作，適應(yīng)于無(wú)備用裝置或不重要的運(yùn)行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行,。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜,，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能,，整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響,。
(5)電網(wǎng)瞬時(shí)掉電重啟技術(shù)，電網(wǎng)瞬間掉電可自動(dòng)重啟,，可提供最長(zhǎng)60s的等待時(shí)間,。
(6)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后,，為了使線電壓平衡,，傳統(tǒng)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(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調(diào)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,。
(7)振蕩抑制技術(shù)，電機(jī)輕載或者空載的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)局部不穩(wěn)定現(xiàn)象,，這時(shí)電流幅值波動(dòng)很大,，電流的振蕩有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)因?yàn)檫^(guò)流或過(guò)壓而觸發(fā)保護(hù)。新風(fēng)光公司采用優(yōu)越的電流算法,，有效地抑制電流的振蕩,，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。
(8)多機(jī)主從控制技術(shù),，變頻器具備主從控制功能,，多臺(tái)變頻器之間可通過(guò)數(shù)據(jù)總線組成主從控制網(wǎng)絡(luò)。將其中的一臺(tái)設(shè)為主機(jī),，其他設(shè)為從機(jī)，主機(jī)實(shí)時(shí)采集各從機(jī)的狀態(tài)信息,，同時(shí)發(fā)送給各從機(jī)頻率,、轉(zhuǎn)矩指令，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)變頻器的功率平衡和綜合控制,。該技術(shù)適用于皮帶機(jī),、摩擦式提升機(jī)等需要功率平衡控制的場(chǎng)合。
(9)輸出電壓自動(dòng)穩(wěn)壓技術(shù),，變頻器實(shí)時(shí)檢測(cè)各單元母線電壓,，根據(jù)母線電壓調(diào)整輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓功能,。避免電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響,。
(10)故障單元熱復(fù)位技術(shù)，若單元在運(yùn)行中故障，且變頻器對(duì)其旁路繼續(xù)運(yùn)行,，此時(shí)可在運(yùn)行中對(duì)故障單元進(jìn)行復(fù)位,，不必等變頻器停機(jī)。

(11)單元直流電壓檢測(cè)：實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的直流電壓,，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制,，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度,，提升系統(tǒng)控制性能,，并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。
(12)具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能,。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路,，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能，將會(huì)導(dǎo)致重大事故,。變頻器在發(fā)生類似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出,，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生,。
(13)限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過(guò)設(shè)定值,，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負(fù)載突然變化而引起的過(guò)流保護(hù),，最大限度減少停機(jī)次數(shù),。
(14)多種控制方式，可選擇本機(jī)控制,、遠(yuǎn)控盒控制,、DCS控制支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議頻率設(shè)定可以現(xiàn)場(chǎng)給定,、通訊給定等支持頻率預(yù)設(shè),、加減速功能。
4 高壓變頻器主回路控制方案

高壓變頻器設(shè)備安裝在風(fēng)機(jī)值班室內(nèi),，原高壓柜至電機(jī)的高壓電纜用做改造時(shí)電機(jī)至變頻器連接電纜,，變頻器至高壓柜電纜重新敷設(shè)，同時(shí)敷設(shè)集控室至高壓變頻器的控制電纜用于變頻器的遠(yuǎn)程控制,，采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信號(hào),，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)及信號(hào)反饋。此外還需敷設(shè)一根高壓柜至變頻器的控制電纜,，用于高壓柜合閘允許和高壓柜緊急分閘控制,。
一次接線如圖1所示。

圖1 手動(dòng)旁路柜

圖1旁路柜中,，共有3個(gè)高壓隔離開關(guān),，為了確保不向變頻器輸出端反送電,，K2與K3采用電磁互鎖操動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁互鎖,。當(dāng)K1,、K3閉合，K2斷開時(shí),，電機(jī)變頻運(yùn)行,；當(dāng)K1、K3斷開,，K2閉合時(shí),，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái),，便于檢修,、維護(hù)和調(diào)試。
旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器DL連鎖,，DL合閘時(shí),，絕對(duì)不允許操作旁路隔離開關(guān)與變頻輸出隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象,，確保操作人員和設(shè)備的安全,。
故障分閘：將變頻器“高壓分?jǐn)唷毙盘?hào)與旁路柜“變頻投入”信號(hào)串聯(lián)后，并聯(lián)于高壓開關(guān)分閘回路,。在變頻投入狀態(tài)下,，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入,；旁路投入狀態(tài)下,，變頻器故障分閘無(wú)效。保護(hù)：保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變,。
5羅茨鼓風(fēng)機(jī)改造運(yùn)行情況

羅茨鼓風(fēng)機(jī)高壓變頻器一次正式投入運(yùn)行,，至今運(yùn)行正常兩年。改造達(dá)到了預(yù)期目的,。羅茨鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)電流大大減小,，風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪聲大大降低。變頻運(yùn)行后,，送風(fēng)管上防風(fēng)管關(guān)閉，根據(jù)焙燒爐生產(chǎn)量的大小,，隨時(shí)調(diào)節(jié)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大小,，滿足生產(chǎn)沸騰爐的工藝要求，而且現(xiàn)場(chǎng)人員操作非常方便,。
5.1節(jié)能計(jì)算

2015年6月該公司節(jié)能服務(wù)中心隨機(jī)對(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)高壓變頻器進(jìn)行了測(cè)試,，記錄數(shù)據(jù)如表3所示,。

根據(jù)表3，羅茨鼓風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí),，功率因數(shù)取0.8,，電源電壓10.20kV，計(jì)算每小時(shí)耗電為：327.9kW,。羅茨鼓風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí),，功率因數(shù)為0.97，變頻輸入電壓10.20kV,，計(jì)算每小時(shí)耗電為：169.5kW,。較工頻運(yùn)行時(shí)每小時(shí)節(jié)約電量158.2kW。每年運(yùn)行300d,，每天運(yùn)行24h,，那么年節(jié)約電量：158.2kW×24h×300d=113.9萬(wàn)kW? h。

通過(guò)以上變頻運(yùn)行數(shù)據(jù),，在與生產(chǎn)工況基本相同的工頻運(yùn)行相比,，電機(jī)電流、消耗功率大大減小,，節(jié)能效果是非常明顯的,。
5.2間接效益
（1）有效地改善了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境。采用變頻調(diào)速后,，大大減少了風(fēng)機(jī)管道震動(dòng)頻率和噪音,。消除了風(fēng)機(jī)的旁路放空噪聲，解決了風(fēng)機(jī)擾民問(wèn)題,，改善了工人的工作環(huán)境,。
（2）減少了維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命,。由于采用了變頻調(diào)速技術(shù),，電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速平穩(wěn),，不存在啟動(dòng)電流沖擊,，而且羅茨鼓風(fēng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)都處于相對(duì)額定轉(zhuǎn)速較低的轉(zhuǎn)速上，因而其零部件的機(jī)械磨損減少,，降低了維護(hù)費(fèi)用,，延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)使用壽命。
（3）改變了過(guò)去以調(diào)節(jié)出口空氣排放方式來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量的生產(chǎn)方式,，勞動(dòng)強(qiáng)度減輕,，調(diào)節(jié)的及時(shí)性好，提高了產(chǎn)品的合格率,。
6 結(jié)束語(yǔ)

該羅茨風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)變頻改造之后,，不僅達(dá)到了良好的節(jié)能效果,，降低了噪音，并且提高了企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量,。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的越來(lái)越重視,，企業(yè)通過(guò)各種措施降低生產(chǎn)成本，其中變頻技術(shù)起到了重要作用,。
參考文獻(xiàn)