摘要：
黔桂兴义年产240万吨水泥厂生产线技改项目于2012年10月初点火投入试生产。该项目综合利用兴义电厂粉煤灰、脱硫石膏等工业废渣而实施的改扩建项目，每年可综合利用粉煤灰、脱硫石膏等工业废弃物80多万吨，可节约标准煤2.5万吨，减少二氧化碳排放量2.4万吨。黔桂金州4500t/d的水泥生产线中的窑头排风机、窑尾排风机、生料磨循环风机、煤磨排风机、水泥磨循环风机、水泥磨排风机原来采用风门调节风量与风压，在负压发生变化时，需要人工调节风门，由于人调节不准，造成电能严重的浪费。目前工业发达国家已广泛采用变频调速技术，在我国也是国家重点推广的节电新技术。本工程利用成熟、先进、可靠的技术进行风机系统变频节能改造，是典型的节能改造项目，符合国家的环保节能政策。
关键词：变频 节能 改造
一.设备改造背景
现场中的生料磨循环风机等高能耗设备，其输出功率不能随生产负荷变化而变化，只有通过改变风门、档板的开度来调整，这导致负载运行效率较低，并且有大量能量浪费在节流损失中。
为了提高水泥生产线的生产效率、降低能耗以及系统的综合可靠性，生料磨循环风机等设备的驱动系统拟采用全数字交流高压变频器实施控制。高压变频调速系统是直接串联于高压电源与高压电机之间的变频调速设备，以其现场改造、安装方便以及安全、良好的运行性能正快速的替代其它调速产品，全面的进入到水泥行业的节能改造项目中。利用高压变频调速技术的目的是改变设备的运行速度，以实现调节现场工况所需风压、风量的大小，大大提高了系统的自动化程度，既满足了生产要求，又达到了节约电能，并且减少了因调节挡板而造成挡板和管道的磨损以及因经常停机检修所造成的经济损失，同时使维护量大大降低，为水泥厂带来了可观的效益，切实响应了国家节能降耗的号召。
二.主设备概况
1)生料磨循环风机-目前用水电阻启动(共1台)
2)、窑尾风机-目前用水电阻启动(共1台)
3)、窑头风机参数-目前用水电阻启动(共1台)
4)、水泥磨排风机-目前用水电阻启动(共2台)
5)、水泥磨循环风机-目前用水电阻启动(共2台)
6)、煤磨通风机-目前用水电阻启动(共1台)
三、改造前、后设备控制方式
1.改造前控制方式(水电阻启动)
液体电阻起动控制器是采用特种介质的水溶液作为电阻，在特别设计的液体电阻箱中引入极板做电极串入电机转子回路中，当电动机起动时，由一小功率伺服电机带动极板移动来改变极板的相对位置，使液体电阻(串入转子回路的)由大到小作无级变化，从而使电机低电流平滑起动。
2. 改造后控制方式
由于原水阻柜安装在转子侧，因此在变频改造时，保持原水阻柜的接线方式即可。并配置如下图所示的短接柜，当变频器故障时手动切换到旁路运行，通过原水阻柜系统工频启动。
手动旁路柜中有三个隔离开关QS1、QS2和QS3，其中QS2和QS3为一个双刀双投的隔离开关。双刀双投隔离开关的特点是两个方向只能合其一，实现机械互锁，防止误操作将工频电源反送到变频器输出侧而导致变频器损坏。
变频运行：QS1、QS3闭合，QS2断开，由合闸断路器QF为变频器供电，再通过变频器本地或远程启动电机变频运行;
工频运行：QS1、QS3断开，QS2闭合，由合闸断路器QF直接启动电机运行;
变频器维护、修理：QS1、QS3断开，变频器与高压电源完全隔离。
旁路柜与上级高压断路器QF有联锁关系，旁路柜隔离开关未合到位时，不允许QF合闸，QF合闸时，绝对不允许操作隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。隔离开关与QF的联锁通过操作手柄上的电磁锁实现，在QF合闸状态下，操作手柄被锁死。
为了保护变频器，在变频器与断路器QF之间还有电气联锁，联锁信号有：
合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号与旁路柜“工频投入”信号并联后，串联于高压开关合闸回路。在变频投入状态下，变频器故障或不就绪时，断路器QF合闸不允许;旁路投入状态时，合闸闭锁无效。
故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入;旁路投入状态下，变频器故障分闸无效。
QF保护整定：保持原有对电机的保护及其整定值不变。
短接柜：短接柜主要是为了实现旁路柜工频旁路时能投运原系统，将原水阻串入回路。短接柜中有一个真空接触器KM1，变频运行时：KM1闭合;工频运行：KM1断开。
五. 参数对比
5.1 节能分析
5.1.1 变频调速的方法
交流异步电动机的输出转速由下式确定：
n=60f(1—S)/p
式中 n——电动机的输出转速;
f——输入的电源频率;
S——电动机的转差率;
p——电机的极对数。
由公式(1)可知，变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。
变频调速系统是从电网直接接收工频50Hz的交流电，经过交-直-交变频方式，将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电直接输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。
5.1.2 变频调速的节能原理
风机(水泵)类负载设备的工作特性图如下：
曲线①为负载按转速N1工作时的特性曲线，曲线②为负载按转速N2工作时的特性曲线，③④为管网的阻力曲线。
在第一种负载工况下，负载工作在A点，流量为Q1，压力为H1。如果负载仍然按N1速度定速运行，用挡板将流量调节为Q2时，压力将上升到H3，负载工作点移到B点。由于挡板的截流作用，管网阻力曲线由③变为④。
在A、B两点，负载功率分别为PA=H1×Q1，PB=H3×Q2，虽然Q2H1，实际减小的功率有限。
如果不采用挡板调节，这时管网阻力特性保持曲线③不变，改用调节负载速度来减小流量，负载改按速度N2运行，工作特性为曲线②，负载工作在C点，流量仍然为Q2，但压力为H2。
相比B、C两点，负载减少的轴功率为：ΔP=PB- PC=(H3 –H2)×Q2
在风道阻力特性不变的情况下，离心式风机的风量Q、压力H、轴功率P和转速N之间满足如下关系(相似定理)：
Q∝N，H∝N2,P∝N3
所以有：
就是说，通过调速方式改变风机风量，风量下降一半时，在不考虑到效率的情况下，风机轴功率将下降87.5%。这也是为什么变频调速在风机应用上节能十分显著的原因。
另外，工频50Hz电网直接启动，对电网和机械冲击较大，声响很大，估算其启动一次的损耗:Ws=0.5Jwo²(1+r1/r2)Tm/Tm-TL，风机、水泵类负载的平方转矩特性与异步电动机起动时的机械特性曲线部分相似，可以Tm/Tm-TL=1计。而变频软起动损耗很小，只有上述Ws十分之一，则每年的起动节能也是很可观的。
当采用变频调速时，50Hz满载时功率因数为接近l,工作电流比电机额定电流值要低许多,这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用,可以为电网节约容量20%左右。
5.2实际节能
在同样产能情况下(生料投料385T/h，水泥磨150T/h)，以通过该设备高压开关实际电流测算。
六、总结
采用变频调速后，无论哪种工艺条件，随时可以通过调整转速使系统在接近额定状态下工作，通常情况下，变频调速系统的应用主要是为了降低电机的转速。由于启动缓慢及转速的降低，相应地延长了许多零部件的寿命;同时极大的减轻了对管道的冲击，有效延长了管道的检修周期，减少了检修维护开支，节约大量维护费用。
工作强度降低。由于调速系统在运转设备与备用设备之间实现计算机联锁控制，机组实现自动运行和相应的保护及故障报警，操作工作由手动转变为监控，完全实现生产的无人操作，大大降低了劳动强度，提高了生产效率，为优化运营提供了可靠保证。
减少了对电网的冲击。采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。
【作者：贵州黔桂金州建材有限公司 李恒刚 黄菲】
摘要：
黔桂兴义年产240万吨水泥厂生产线技改项目于2012年10月初点火投入试生产。该项目综合利用兴义电厂粉煤灰、脱硫石膏等工业废渣而实施的改扩建项目，每年可综合利用粉煤灰、脱硫石膏等工业废弃物80多万吨，可节约标准煤2.5万吨，减少二氧化碳排放量2.4万吨。黔桂金州4500t/d的水泥生产线中的窑头排风机、窑尾排风机、生料磨循环风机、煤磨排风机、水泥磨循环风机、水泥磨排风机原来采用风门调节风量与风压，在负压发生变化时，需要人工调节风门，由于人调节不准，造成电能严重的浪费。目前工业发达国家已广泛采用变频调速技术，在我国也是国家重点推广的节电新技术。本工程利用成熟、先进、可靠的技术进行风机系统变频节能改造，是典型的节能改造项目，符合国家的环保节能政策。
关键词：变频 节能 改造
一.设备改造背景
现场中的生料磨循环风机等高能耗设备，其输出功率不能随生产负荷变化而变化，只有通过改变风门、档板的开度来调整，这导致负载运行效率较低，并且有大量能量浪费在节流损失中。
为了提高水泥生产线的生产效率、降低能耗以及系统的综合可靠性，生料磨循环风机等设备的驱动系统拟采用全数字交流高压变频器实施控制。高压变频调速系统是直接串联于高压电源与高压电机之间的变频调速设备，以其现场改造、安装方便以及安全、良好的运行性能正快速的替代其它调速产品，全面的进入到水泥行业的节能改造项目中。利用高压变频调速技术的目的是改变设备的运行速度，以实现调节现场工况所需风压、风量的大小，大大提高了系统的自动化程度，既满足了生产要求，又达到了节约电能，并且减少了因调节挡板而造成挡板和管道的磨损以及因经常停机检修所造成的经济损失，同时使维护量大大降低，为水泥厂带来了可观的效益，切实响应了国家节能降耗的号召。
二.主设备概况
1)生料磨循环风机-目前用水电阻启动(共1台)
2)、窑尾风机-目前用水电阻启动(共1台)
3)、窑头风机参数-目前用水电阻启动(共1台)
4)、水泥磨排风机-目前用水电阻启动(共2台)
5)、水泥磨循环风机-目前用水电阻启动(共2台)
6)、煤磨通风机-目前用水电阻启动(共1台)
三、改造前、后设备控制方式
1.改造前控制方式(水电阻启动)
液体电阻起动控制器是采用特种介质的水溶液作为电阻，在特别设计的液体电阻箱中引入极板做电极串入电机转子回路中，当电动机起动时，由一小功率伺服电机带动极板移动来改变极板的相对位置，使液体电阻(串入转子回路的)由大到小作无级变化，从而使电机低电流平滑起动。
2. 改造后控制方式
由于原水阻柜安装在转子侧，因此在变频改造时，保持原水阻柜的接线方式即可。并配置如下图所示的短接柜，当变频器故障时手动切换到旁路运行，通过原水阻柜系统工频启动。
手动旁路柜中有三个隔离开关QS1、QS2和QS3，其中QS2和QS3为一个双刀双投的隔离开关。双刀双投隔离开关的特点是两个方向只能合其一，实现机械互锁，防止误操作将工频电源反送到变频器输出侧而导致变频器损坏。
变频运行：QS1、QS3闭合，QS2断开，由合闸断路器QF为变频器供电，再通过变频器本地或远程启动电机变频运行;
工频运行：QS1、QS3断开，QS2闭合，由合闸断路器QF直接启动电机运行;
变频器维护、修理：QS1、QS3断开，变频器与高压电源完全隔离。
旁路柜与上级高压断路器QF有联锁关系，旁路柜隔离开关未合到位时，不允许QF合闸，QF合闸时，绝对不允许操作隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。隔离开关与QF的联锁通过操作手柄上的电磁锁实现，在QF合闸状态下，操作手柄被锁死。
为了保护变频器，在变频器与断路器QF之间还有电气联锁，联锁信号有：
合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号与旁路柜“工频投入”信号并联后，串联于高压开关合闸回路。在变频投入状态下，变频器故障或不就绪时，断路器QF合闸不允许;旁路投入状态时，合闸闭锁无效。
故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入;旁路投入状态下，变频器故障分闸无效。
QF保护整定：保持原有对电机的保护及其整定值不变。
短接柜：短接柜主要是为了实现旁路柜工频旁路时能投运原系统，将原水阻串入回路。短接柜中有一个真空接触器KM1，变频运行时：KM1闭合;工频运行：KM1断开。
五. 参数对比
5.1 节能分析
5.1.1 变频调速的方法
交流异步电动机的输出转速由下式确定：
n=60f(1—S)/p
式中 n——电动机的输出转速;
f——输入的电源频率;
S——电动机的转差率;
p——电机的极对数。
由公式(1)可知，变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。
变频调速系统是从电网直接接收工频50Hz的交流电，经过交-直-交变频方式，将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电直接输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。
5.1.2 变频调速的节能原理
风机(水泵)类负载设备的工作特性图如下：
曲线①为负载按转速N1工作时的特性曲线，曲线②为负载按转速N2工作时的特性曲线，③④为管网的阻力曲线。
在第一种负载工况下，负载工作在A点，流量为Q1，压力为H1。如果负载仍然按N1速度定速运行，用挡板将流量调节为Q2时，压力将上升到H3，负载工作点移到B点。由于挡板的截流作用，管网阻力曲线由③变为④。
在A、B两点，负载功率分别为PA=H1×Q1，PB=H3×Q2，虽然Q2H1，实际减小的功率有限。
如果不采用挡板调节，这时管网阻力特性保持曲线③不变，改用调节负载速度来减小流量，负载改按速度N2运行，工作特性为曲线②，负载工作在C点，流量仍然为Q2，但压力为H2。
相比B、C两点，负载减少的轴功率为：ΔP=PB- PC=(H3 –H2)×Q2
在风道阻力特性不变的情况下，离心式风机的风量Q、压力H、轴功率P和转速N之间满足如下关系(相似定理)：
Q∝N，H∝N2,P∝N3
所以有：
就是说，通过调速方式改变风机风量，风量下降一半时，在不考虑到效率的情况下，风机轴功率将下降87.5%。这也是为什么变频调速在风机应用上节能十分显著的原因。
另外，工频50Hz电网直接启动，对电网和机械冲击较大，声响很大，估算其启动一次的损耗:Ws=0.5Jwo²(1+r1/r2)Tm/Tm-TL，风机、水泵类负载的平方转矩特性与异步电动机起动时的机械特性曲线部分相似，可以Tm/Tm-TL=1计。而变频软起动损耗很小，只有上述Ws十分之一，则每年的起动节能也是很可观的。
当采用变频调速时，50Hz满载时功率因数为接近l,工作电流比电机额定电流值要低许多,这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用,可以为电网节约容量20%左右。
5.2实际节能
在同样产能情况下(生料投料385T/h，水泥磨150T/h)，以通过该设备高压开关实际电流测算。
六、总结
采用变频调速后，无论哪种工艺条件，随时可以通过调整转速使系统在接近额定状态下工作，通常情况下，变频调速系统的应用主要是为了降低电机的转速。由于启动缓慢及转速的降低，相应地延长了许多零部件的寿命;同时极大的减轻了对管道的冲击，有效延长了管道的检修周期，减少了检修维护开支，节约大量维护费用。
工作强度降低。由于调速系统在运转设备与备用设备之间实现计算机联锁控制，机组实现自动运行和相应的保护及故障报警，操作工作由手动转变为监控，完全实现生产的无人操作，大大降低了劳动强度，提高了生产效率，为优化运营提供了可靠保证。
减少了对电网的冲击。采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。
【作者：贵州黔桂金州建材有限公司 李恒刚 黄菲】
