轉(zhuǎn)子側(cè)變頻技術(shù)在高溫風機的應用

　　在水泥生產(chǎn)工藝中，熟料多采用立窯、回轉(zhuǎn)窯燒成。立窯工藝結(jié)構(gòu)比較簡單，能耗高，產(chǎn)量低；回轉(zhuǎn)窯工藝結(jié)構(gòu)先進，產(chǎn)量高。廣東省佛山市三水北江實業(yè)有限公司擁有一條日產(chǎn)2500t/d熟料生產(chǎn)線，熟料制備為一套Ф4.0×L60米的回轉(zhuǎn)窯，窯尾高溫風機配備為460000m3/h，全壓為7500Pa，用功率為1600kw鼠籠電機驅(qū)動。

　　一  原拖動系統(tǒng)存在的問題

　　我公司高溫風機原配用電動機型號為YKK630-6，額定功率1600kw，額定電壓10KV，額定電流115A，額定轉(zhuǎn)速993r/min，功率因數(shù)0.84。正常生產(chǎn)在850 r/min，運行電流85A，風壓在6500Pa。拖動系統(tǒng)采用水電阻啟動，液力偶合器調(diào)速的方式，液力偶合器調(diào)速范圍窄且不節(jié)能，液偶勺桿部位和軸承容易出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定（840-860波動），導致風壓不穩(wěn)定（6300-6700Pa），至使風機葉輪軸承座振動大，經(jīng)常達到報警值（8mm /s）。在投產(chǎn)以來的兩年時間里，共發(fā)生5次振動大致使保護跳停（11mm /s）。

　　二  變頻改造的可行性

　　1  風機運行參數(shù)

　　由于轉(zhuǎn)子側(cè)變頻適用于轉(zhuǎn)子繞線電動機，在變頻改造同時，需要對原鼠籠電動機換成轉(zhuǎn)子繞線電動機。拖動系統(tǒng)進行變頻改造前，首先分析計算變頻后的節(jié)電效果，以確認改造的可行性，母線電壓波動范圍為10000±200V，風機正常運行時技術(shù)參數(shù)見表1。

  表1  風機運行參數(shù)

　　2   節(jié)電率的估算

　　1）  改造前電動機實際運行有功功率估算：

　　=1231.70(kw.h)

　　2）  改造后變頻運行輸出功率的估算：

　?、?液力偶合器的轉(zhuǎn)差損耗及其他損耗

　　正常生產(chǎn)中風機轉(zhuǎn)速850 r/min ，電動機額定轉(zhuǎn)速993r/min，液力偶合器最大調(diào)速比為0.97，轉(zhuǎn)速比ｉ=850/993=0.8559,其轉(zhuǎn)速差損耗率P差損為:

　　P差損=（ｉ2-ｉ3）/0.972*1600=0.85592-0.85593/0.972*1600=179.52 kw

　　液力偶合器的軸承摩擦損失,油路損失,導管，循環(huán)泵損失等,此部分的損耗按照電動機運行時輸出軸功率的>3%計算,因此液力偶合器調(diào)速時的損耗P損為:

　　P損=P工頻*(1-0.97)+ P差損=1231.70*0.03+179.52=216.47 kw

　?、?變頻器運行后的電動機輸入功率,功率因數(shù)按0.94

　　P變頻= (P工頻- P損)/0.94=（1231.70-216.47）/0.94=1080.03 kw

　?、?變頻改造后的節(jié)電率:

　　n=（ P工頻- P變頻)/ P工頻=（1231.70-1080.03）/1231.70=0.1231=12.31%

　?、?變頻調(diào)速后按正常運轉(zhuǎn)率(年運轉(zhuǎn)率按300天計),每年節(jié)約電量:

　　(P工頻- P變頻)*24*300=（1231.70-1080.03）*24*300=1092024 kw.h

　　年節(jié)約電費(按平均電價0.70元計): 1092024*0.7=76.44萬元

　　在初步理論估算中， 采用變頻器后節(jié)電率約為12.31%,年節(jié)約電能109.20萬kw.h ，節(jié)約電費76.44萬元左右,所以從長遠經(jīng)濟性考慮,采用變頻調(diào)速是非?？捎^而且可行的 。[Page]

　　三  改造方案

　　1  電氣技術(shù)接口

　　原有鼠籠電動機啟動采用定子串水阻柜降壓啟動，啟動完畢后用液偶調(diào)速。增加轉(zhuǎn)子變頻同時，原電動機更換成轉(zhuǎn)子繞組電動機。定子接10KV電源，轉(zhuǎn)子串水阻（可調(diào)速）柜啟動，在轉(zhuǎn)子側(cè)回路中串接變頻。變頻器與中控接點信號有：變頻器備妥、運行、故障、驅(qū)動。高壓開關合閘二次回路串接變頻器的備妥節(jié)點即允許高壓一次合閘接點，同時也接到中控顯示；變頻器運行信號常閉節(jié)點串接高壓開關二次回路的驅(qū)動水阻柜接點，同時常開節(jié)點也接到中控，作為變頻器運行顯示；變頻器的故障信號常開節(jié)點接到中控，當變頻器有故障時自動切出變頻器，同時變頻器運行信號常閉節(jié)點重申驅(qū)動水電阻，使電動機進入全速或調(diào)速狀態(tài)運行；變頻器的驅(qū)動在中控操作，也可在變頻柜觸摸屏操作；轉(zhuǎn)速給定、反饋用原有液偶給定、反饋接到中控，電流信號也利用原有信號在中控顯示。水電阻柜配備了起動、調(diào)速功能，中控增加了水阻升速、降速按鈕。當變頻器有故障時，中控可操作水阻升速、降速。

　　2  機械聯(lián)接

　　液力偶合器拆除后，初步設計電動機原地不動，液力偶合器位置增加軸承座，配上與液偶尺寸一樣的軸。由于軸太長（1600cm）,考慮到以后維修及振動問題，決定將電動機前移，直接與風機用原有彈性膜片聯(lián)軸器相連。電動機底座向風機方向前移，其尾端底腳孔對準原前底腳螺栓上，因偶合器與電動機的基礎高差830mm,所以加工了一個高為800mm,長寬與液偶一樣的機座，裝到偶合器的底座上，兩個機座用螺栓鎖緊，最后用混凝土灌槳，把液偶座位置與原電動機整個澆灌起來，使電動機基礎成為一個整體。

　　3  變頻器選型

　　經(jīng)過公司技術(shù)部門考察，公司領導批準，選擇品牌為廣東華拿交流電機轉(zhuǎn)子變頻器，型號為DFC2-10-1600。調(diào)速范圍為額定轉(zhuǎn)速的50%-100%，完全滿足使用要求。

　　4  變頻柜選址

　　變頻柜設計放置原高溫風機起動柜位置。將原起動柜拆除后，有八米寬空間，整套變頻柜（包括水阻柜、整流柜、逆變柜、調(diào)制柜、補償柜）共5400mm。與中控I/O接口利用窯尾原用或備用空點，變頻器屬窯尾電房，空間比較大，原有排風機通風好。

　　四  安裝、調(diào)試與運行

　　電動機、轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器安裝完成及參數(shù)設置好后，即投入變頻空載試電動機，在空載試車4小時未出任何問題。把聯(lián)軸器彈性膜片安裝好后帶風機試車，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到800r/min，振動值偏大，為5-6mm /s，運行20分鐘后電動機過流跳閘，變頻器報警逆變過流。檢查發(fā)現(xiàn):①逆變晶閘管燒壞一相。②聯(lián)軸器的彈性膜片發(fā)生嚴重柳曲變形，大部分出現(xiàn)斷開。把晶閘管及彈性膜片更換后重申試車，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到800r/min，振動值為5-6mm /s，運行60分鐘后停機檢查，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器的彈性膜片同樣發(fā)生嚴重柳曲變形，大部分出現(xiàn)斷開。立即組織公司有關技術(shù)人認真分析彈性膜片變形問題，把兩塊變形的彈性膜片一片片拆開，發(fā)現(xiàn)有14片斷面是舊口，2片是新口（整個彈性膜片共24片，120mm厚），也就是說這兩塊變形的彈性膜片在變頻試車前就存在嚴重的機械疲勞。再把剩下外表完好的兩塊膜片拆開，同樣存在多片斷開的舊口，這時判定原有的彈性膜片不能再用。重申加工新膜片安裝好后帶風機試車，調(diào)節(jié)到800r/min，振動值為1.5-2mm /s,運行60分鐘后停機檢查未發(fā)現(xiàn)異常，在同等工況下連續(xù)試車4小時未發(fā)現(xiàn)異常。

　　五  變頻器轉(zhuǎn)水阻切換

　　1中控自動控制

　　當變頻器有故障時自動切出變頻器，變頻器發(fā)出一個信號控制水阻柜，使電動機進入水阻調(diào)速狀態(tài)運行，自動跟蹤到給定轉(zhuǎn)速。

　　2  中控點動及機旁控制

　　當變頻器有故障時自動切出變頻器，使電動機進入全速狀態(tài)運行，中控或機旁點動升速、降速，調(diào)到目標轉(zhuǎn)速為止。

　　六  改造后的效果

　　2011年3月7日00：00投運以來到4月7日08：00，變頻器使用的電量來看，節(jié)電效果明顯，與改造前估算的相近，每天耗電量比改造前節(jié)省3798.72kw.h,具體如下改造前后節(jié)能情況一覽表

　　表2    改造前后節(jié)能情況一覽表