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前言

由于世界能源緊缺，煤、電、油等能源價格不斷攀升，能耗高已嚴重制約企業的生存和可持續發展，近幾年變頻調速的優越性和節能效果已在低壓變頻器的運用中得到充分體現，同時高壓變頻技術的日趨成熟，并逐步在冶金、化工、電力、建材等眾多行業中得到了推廣和應用。公司各部門根據各自在操作、運行維護、設備可靠性、控制、節能和管理等方面對公司工藝控制復雜、設備維護量大、故障率高；電氣控制復雜、耗電量較高、有較高的節能空間的設備進行了調研和可行性分析，確定將窯尾高溫風機（800kW/6kV）進行變頻節能改造。

一、窯尾風機變頻改造的可行性分析

1、高溫風機的運行現狀：

公司回轉窯窯尾風機電機為800kW/6kV高壓電機：

（1） 供風系統設計余量大：各風機的擋板開度為75%以下，沒有滿負荷運行

（2） 現供風系統供風流量是通過擋板開度的大小來調節，它是通過改變擋板的開度從而改變管網的風阻來調節供風流量的；還有通過液力耦合器來調節轉速改變供風量，這種方式雖說簡單易行，但它存在很大的弊病。其中(1) 節能效果:液力耦合器節能效果低，在低速時，有近3/4的能量被浪費。大容量的設備還應添加水冷系統。(液力耦合器是一種耗能型的機械調速裝置，調速越深(轉速越低)損耗越大，對于平方轉矩負載，由于負載轉矩按轉速平方率變化，原傳動輸入功率則按轉速的平方率降低，損耗功率相對小一些，但輸出功率是按轉速的立方率減小，調速效率仍然很低。(2) 安全性能:液力耦合器出現問題后，必需停機維修，影響生產的正常進行。(3)運行精度: 力耦合器靠油量和負荷的拉動調速，調速精度低，當負荷變化時，轉速隨之變化。(4)維護費用: 液力耦合器在運行一定時間后，需對液壓油進行更換。

（3）現在高壓電機多為水電阻啟動起動，巨大的起動電流(起動電流一般為額定電流的3倍左右)會產生巨大轉矩沖擊，會使電機的轉子繞組及組尼繞組承受很高的熱應力和機械應力，致使電機籠條端環斷裂，鐵芯松弛，絕緣繞組擊穿等。這些情況會導致系統動力設備的使用壽命減短，維護時間與維護費用增加。

（4） 工人的勞動強度大，往往根據供風的高低峰進行人為調節。

2、節能預算：

根據電機轉速與頻率和極數的關系，即n=60f(1-s)/p,式中

n表示電機轉速

f表示輸入頻率

s表示電機轉差率

p表示電機磁極對數

可知，要改變電機的轉速，可以通過改變電機極數和轉差率，以及頻率來實現,變頻調速就是采用變頻調速器直接通過改變頻率來改變電動機的轉速的。

由流體力學知道，風機的流體流量（Q）與轉速（n）的一次方成正比，風機的壓力（H）與轉速（n）的二次方成正比，風機的功率（P）正比于風機的流量（Q）與壓力（H）的乘積，即風機的功率（P）與轉速（n）的三次方成正比，即

流量Q ∝ 轉速n

壓力H ∝ 轉速n2

功率 P ∝ 流量Q*壓力H ∝ 轉速n3

高溫風機電機參數：

功率P：800kW,

額定電壓：6kV,

額定電流：95A,

額定轉速：1487r/min,

功率因數：0.896；

高溫風機運行參數：

運行電流：65A,

風門開度：70%,

電機轉速：1300 r/min；

工頻運行時的軸功率消耗：

P1=1.732*U*I*COSφ=1.732*6000*45*0.896 =419.00kw

保守估算變頻改造后的軸功率消耗：

根據工頻運行是風機轉速1300 r/min，擋板開度70%，結合擋板特性及流體學原理，變頻器改造后，風門擋板全開，電機可運行在36.41Hz即可滿足生產要求，變頻運行消耗的功率為：

P2=800*(36.41/50)3/0.96 =322.63kw

變頻改造后一小時的節電量

△  P = ( P1－P2 )= 419.00-322.63=96.37kW

變頻改造后的節電率：

N =( 96.37/419.00)×100% = 23.00%，

年節約電費（按80%的運轉率、單位電價為0.42元/kWh）計算：

年運行時間為365*24*80%=7008小時

年節約電量為96.37*7008=675360KWh=67.53萬度

年節約電費為：67.53 * 0.5 = 552230=33.76萬元

3、改造后效果

根據以上節能計算，很明顯，當采用變頻調速控制后，保守估計，節電率約大于為20%，除以上明顯的節能外，使用變頻調速還具有如下優點：

1) 優良的調速性能，完全可以滿足于生產工藝要求。

2) 實現了空載軟啟動，啟動峰值電流和時間大大減少，避免了因大電流造成電機的絕緣老化及由于大力矩造成的機械沖擊對電機壽命的影響，減少電機的維護工作量。

3) 避免了大力矩造成的機械沖擊，減少了機械的磨損，延長風機葉輪的使用壽命，降低了維護費用。

4) 系統安全、可靠，控制方便、靈活，自動化水平高。

二、窯尾風機高壓變頻改造的選擇

我公司與深圳市英威騰電氣股份有限公司在2008年5月15日簽署了一臺800kW/6kV的高壓變頻器購銷合同，選用了一套該公司自主研發和生產的CHH100-0800-06系列高壓變頻器，用于公司窯尾風機的改造。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PWM疊波輸出，每相6單元，功率單元和控制系統之間采用光纖通訊，實現強弱電的完全電氣隔離，提高了整個系統的抗干擾能力；

變頻器及其工頻旁路開關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品，所有重要零部件均經過嚴格篩選和100%測試，整機進行空載高壓負載試驗。考慮到變頻器因故障退出運行后不影響生產，確保系統正常工作，系統旁路選用自動旁路柜，當變頻器發生重大故障無法運行時，變頻器將立刻分斷高壓輸入，并給出故障報警，此時自動旁路柜將電機自動投入工頻電網運行；

高壓變頻器調試正常后，英威騰公司技術人員還在現場對高壓變頻器的操作、日常維護以及易出現的故障等作了詳細的講解和培訓。