转子侧变频技术在高温风机的应用

　　在水泥生产工艺中，熟料多采用立窑、回转窑烧成。立窑工艺结构比较简单，能耗高，产量低；回转窑工艺结构先进，产量高。广东省佛山市三水北江实业有限公司拥有一条日产2500t/d熟料生产线，熟料制备为一套Ф4.0×L60米的回转窑，窑尾高温风机配备为460000m3/h，全压为7500Pa，用功率为1600kw鼠笼电机驱动。

　　一  原拖动系统存在的问题

　　我公司高温风机原配用电动机型号为YKK630-6，额定功率1600kw，额定电压10KV，额定电流115A，额定转速993r/min，功率因数0.84。正常生产在850 r/min，运行电流85A，风压在6500Pa。拖动系统采用水电阻启动，液力偶合器调速的方式，液力偶合器调速范围窄且不节能，液偶勺杆部位和轴承容易出现故障，转速不稳定（840-860波动），导致风压不稳定（6300-6700Pa），至使风机叶轮轴承座振动大，经常达到报警值（8mm /s）。在投产以来的两年时间里，共发生5次振动大致使保护跳停（11mm /s）。

　　二  变频改造的可行性

　　1  风机运行参数

　　由于转子侧变频适用于转子绕线电动机，在变频改造同时，需要对原鼠笼电动机换成转子绕线电动机。拖动系统进行变频改造前，首先分析计算变频后的节电效果，以确认改造的可行性，母线电压波动范围为10000±200V，风机正常运行时技术参数见表1。

  表1  风机运行参数

　　2   节电率的估算

　　1）  改造前电动机实际运行有功功率估算：

　　=1231.70(kw.h)

　　2）  改造后变频运行输出功率的估算：

　　① 液力偶合器的转差损耗及其他损耗

　　正常生产中风机转速850 r/min ，电动机额定转速993r/min，液力偶合器最大调速比为0.97，转速比ｉ=850/993=0.8559,其转速差损耗率P差损为:

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

　　液力偶合器的轴承摩擦损失,油路损失,导管，循环泵损失等,此部分的损耗按照电动机运行时输出轴功率的>3%计算,因此液力偶合器调速时的损耗P损为:

　　P损=P工频*(1-0.97)+ P差损=1231.70*0.03+179.52=216.47 kw

　　② 变频器运行后的电动机输入功率,功率因数按0.94

　　P变频= (P工频- P损)/0.94=（1231.70-216.47）/0.94=1080.03 kw

　　③ 变频改造后的节电率:

　　n=（ P工频- P变频)/ P工频=（1231.70-1080.03）/1231.70=0.1231=12.31%

　　④ 变频调速后按正常运转率(年运转率按300天计),每年节约电量:

　　(P工频- P变频)*24*300=（1231.70-1080.03）*24*300=1092024 kw.h

　　年节约电费(按平均电价0.70元计): 1092024*0.7=76.44万元

　　在初步理论估算中， 采用变频器后节电率约为12.31%,年节约电能109.20万kw.h ，节约电费76.44万元左右,所以从长远经济性考虑,采用变频调速是非常可观而且可行的 。[Page]

　　三  改造方案

　　1  电气技术接口

　　原有鼠笼电动机启动采用定子串水阻柜降压启动，启动完毕后用液偶调速。增加转子变频同时，原电动机更换成转子绕组电动机。定子接10KV电源，转子串水阻（可调速）柜启动，在转子侧回路中串接变频。变频器与中控接点信号有：变频器备妥、运行、故障、驱动。高压开关合闸二次回路串接变频器的备妥节点即允许高压一次合闸接点，同时也接到中控显示；变频器运行信号常闭节点串接高压开关二次回路的驱动水阻柜接点，同时常开节点也接到中控，作为变频器运行显示；变频器的故障信号常开节点接到中控，当变频器有故障时自动切出变频器，同时变频器运行信号常闭节点重申驱动水电阻，使电动机进入全速或调速状态运行；变频器的驱动在中控操作，也可在变频柜触摸屏操作；转速给定、反馈用原有液偶给定、反馈接到中控，电流信号也利用原有信号在中控显示。水电阻柜配备了起动、调速功能，中控增加了水阻升速、降速按钮。当变频器有故障时，中控可操作水阻升速、降速。

　　2  机械联接

　　液力偶合器拆除后，初步设计电动机原地不动，液力偶合器位置增加轴承座，配上与液偶尺寸一样的轴。由于轴太长（1600cm）,考虑到以后维修及振动问题，决定将电动机前移，直接与风机用原有弹性膜片联轴器相连。电动机底座向风机方向前移，其尾端底脚孔对准原前底脚螺栓上，因偶合器与电动机的基础高差830mm,所以加工了一个高为800mm,长宽与液偶一样的机座，装到偶合器的底座上，两个机座用螺栓锁紧，最后用混凝土灌桨，把液偶座位置与原电动机整个浇灌起来，使电动机基础成为一个整体。

　　3  变频器选型

　　经过公司技术部门考察，公司领导批准，选择品牌为广东华拿交流电机转子变频器，型号为DFC2-10-1600。调速范围为额定转速的50%-100%，完全满足使用要求。

　　4  变频柜选址

　　变频柜设计放置原高温风机起动柜位置。将原起动柜拆除后，有八米宽空间，整套变频柜（包括水阻柜、整流柜、逆变柜、调制柜、补偿柜）共5400mm。与中控I/O接口利用窑尾原用或备用空点，变频器属窑尾电房，空间比较大，原有排风机通风好。

　　四  安装、调试与运行

　　电动机、转子侧变频器安装完成及参数设置好后，即投入变频空载试电动机，在空载试车4小时未出任何问题。把联轴器弹性膜片安装好后带风机试车，转速调节到800r/min，振动值偏大，为5-6mm /s，运行20分钟后电动机过流跳闸，变频器报警逆变过流。检查发现:①逆变晶闸管烧坏一相。②联轴器的弹性膜片发生严重柳曲变形，大部分出现断开。把晶闸管及弹性膜片更换后重申试车，转速调节到800r/min，振动值为5-6mm /s，运行60分钟后停机检查，发现联轴器的弹性膜片同样发生严重柳曲变形，大部分出现断开。立即组织公司有关技术人认真分析弹性膜片变形问题，把两块变形的弹性膜片一片片拆开，发现有14片断面是旧口，2片是新口（整个弹性膜片共24片，120mm厚），也就是说这两块变形的弹性膜片在变频试车前就存在严重的机械疲劳。再把剩下外表完好的两块膜片拆开，同样存在多片断开的旧口，这时判定原有的弹性膜片不能再用。重申加工新膜片安装好后带风机试车，调节到800r/min，振动值为1.5-2mm /s,运行60分钟后停机检查未发现异常，在同等工况下连续试车4小时未发现异常。

　　五  变频器转水阻切换

　　1中控自动控制

　　当变频器有故障时自动切出变频器，变频器发出一个信号控制水阻柜，使电动机进入水阻调速状态运行，自动跟踪到给定转速。

　　2  中控点动及机旁控制

　　当变频器有故障时自动切出变频器，使电动机进入全速状态运行，中控或机旁点动升速、降速，调到目标转速为止。

　　六  改造后的效果

　　2011年3月7日00：00投运以来到4月7日08：00，变频器使用的电量来看，节电效果明显，与改造前估算的相近，每天耗电量比改造前节省3798.72kw.h,具体如下改造前后节能情况一览表

　　表2    改造前后节能情况一览表