1前言
福建春驰集团是福建省大型水泥骨干企业，创建于1993年，公司拥有两条年产75万吨新型干法旋窑熟料水泥生产线和一条年产50万吨旋窑水泥熟料生产线。水泥厂1#、2#除尘风机采用异步电动机拖动，原来的电机运行方式为全速运行，风量调节采用挡板控制开度，挡板调节存在的如下问题：
（1）大量的能量损耗在挡板的截流过程中。
（2）空气对挡板阀门和管道冲击较大，设备损坏严重。
（3）挡板执行机构为电动执行器，不能适应长期频繁调节。
（4）挡板调节线性度差，调节比较困难，且操作不当会造成风机震动。
采用变频调速后，风门全部打开，降低风机转速，使风机处于高效运行状态，节能效果最佳。变频器还具有以下优点：
（1）实现软启动，对电网和机械负载的冲击大大减小，延长了电机和风机的寿命。
（2）降低了轴承和密封的损坏，减少了维护工作量。
（3）采用变频调速，转速调节方便，利用调节器4～20mA电流信号，变频器可以调节电机转速，线性度较好，风量调节平稳。
水泥厂领导决心对除尘风机进行调速改造，考虑到国产高压变频器设备水平已接近国际水平，能满足运行要求，公司公开招标，进行性价比比较，结果山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP37-280F型高压变频调速器胜出。
2现场除尘风机及电机参数
现场1#、2#除尘风机设备参数相同，下面表1给出1#除尘风机基本参数。
表1为现场电机参数，表2为风机参数。
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表1 电机参数
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负载名称
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1#除尘风机
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所带负载类型
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离心风机
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型号
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YKK450-10
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额定电压（V）
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6000
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额定电流(A)
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35.6
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额定功率(kW)
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280
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额定频率（Hz）
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50
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功率因数
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0.81
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额定转速(rpm)
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593
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绝缘等级
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F
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生产厂商
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兰州电机有限责任公司
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表2 风机参数
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型号
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XY46-SY2500D
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额定风压（Pa）
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1800
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额定风量（m3/h）
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330000
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额定转速(rpm)
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590
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额定功率(kW)
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280
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气体温度（℃）
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230
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生产厂商
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浙江义乌星耀风机有限公司
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3山东新风光电子JD-BP37系列高压变频器突出特点
风光牌JD-BP37系列高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。产品2003年被列为国家重点新产品，高压提升机变频调速系统2005年被列为国家火炬计划项目，获科技部中小企业技术创新基金项目资助。2007年，高压变频器被评为中国名牌产品，是国内高压变频器行业为数不多的两个名牌产品之一。具体来说，风光高压变频器除具有一般普通变频器的性能外，还具有以下突出特点：
(1)采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，控制更精准。
(2)飞车启动功能。能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。
(3)完整的工频/变频自动互切技术。现在的高压变频调速系统一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行，旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人工操作，适应于无备用装置或不重要的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频运行的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。
(4)旋转中再启动功能。运行过程中高压瞬时掉电3s内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。
(5)线电压自动均衡技术（星点漂移技术）。变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。
(6)单元直流电压检测：实时显示检测系统的直流电压，从而实现输出电压的优化控制，降低谐波含量，保证输出电压的精度，提升系统控制性能，并可使保证运行维护人员实现对功率单元运行状况的全面把握。
(7)单元内电解电容因采取了公司专利技术，可以将其使用寿命提高1倍。
(8) 通过控制器可实现对各单元直流滤波电容寿命的检测，实现在年检中对单元电解电容器进行检测，根据出厂时电解电容器的特性的比较与趋势，可得出对电解电容器寿命的猜测，提前预知电解电容器是否可继续运行，避免由于电容器运行出现非预期的系统故障，并实现运行维护人员对功率单元设备状况的及时把握。
(9) 散热结构设计合理，单元串联多重化并联结构，IGBT承受的电压较低，可以有较宽的过压范围(≥1.15Ue)，设备可靠性更高。
(10) 具有双路控制电源，一路为经干式变压器变压后的电源，一路为外部控制电源，这样在调试过程中，无需加入高压主电源，就可以检测输出波形的正常与否。对于在现场安装调试以及人员培训很方便，大大提高了安全性。
(11)具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生。
(12)限流功能：当变频器输出电流超过设定值，变频器将自动限制电流输出，避免变频器在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流保护，最大限度减少停机次数。
(13) 故障自复位功能：当变频器由于负载突变造成单元或是整机过电流保护时，可自动复位，继续运行。
4改造方案
4.1实施过程
根据用户现场要求，采用两台高压变频器分别对1#、2#除尘风机一拖一控制，采用手动工频旁路方案，以1#除尘风机变频改造方案为例说明，主回路如下图1所示：
K0 用户原高压开关
K1、K2和K3 变频器旁路开关柜高压隔离开关
BPQ JD-BP37-280F高压变频器
M 高压电动机
变频器控制除尘风机为一拖一控制，旁路开关柜用于工/变频切换。K1，K2和K3为三个高压隔离开关，要求K2和K3不能同时闭合，在机械上实现互锁。K2断开，K1和K3闭合，窑头风机变频运行；K1和K3断开，K2闭合，除尘风机工频运行。
4.2变频器具有多种控制方式
该设备有三种控制方式 ：
（1）以压力、流量为控制对象的闭环控制：以输入的4～20mA模拟量值为控制依据，实现自动控制。
（2）以转速为控制对象的开环控制：该方式在远程操作（DCS或远程操作箱上操作）用户可根据工况条件自设定转速，变频器以该转速为控制值，该方式下频率的变化依据用户输入的模拟量，4mA对应0转速，20mA对应额定转速。
（3）以频率为控制对象的开环控制：该方式在就地操作（设备本体上操作）直接从触摸屏上设置输出频率，变频器以该频率为控制目标值。
以上三种控制方式用户可通过人机界面（触摸屏）设置，满足不同的工况要求。
4.3 现场DCS控制
本系统选用以转速为控制对象的开环控制：该方式在远程操作（DCS上操作）用户可根据工况条件自设定转速，变频器以该转速为控制值，该方式下频率的变化依据用户输入的模拟量，4mA对应0转速，20mA对应额定转速。
如图3所示，DCS系统输出 4～20mA电流信号控制JD-BP37高压变频器的运行频率， 来控制电机的运行转速。 JD-BP37高压变频器反馈4～20mA电流信号指示 JD-BP37高压变频器的输出频率、输出电流。JD-BP37高压变频器同时接收DCS控制系统的启动、停止、急停、复位控制信号，调整运行状态。
当JD-BP37高压变频器故障时，系统输出故障停机和报警信息，用于提示用户启动故障处理措施，同时JD-BP37高压变频器将信号发送给DCS，在 DCS系统上显示故障，以便于及时的排除故障。如果系统出现紧急情况，DCS监视人员立即点击变频器紧急停止按钮，此时变频器立即封锁输出，并及时跳开现场6kV开关。
为保证JD-BP37高压变频器操作的安全性，需从改造电机的进线开关柜把断路器的状态信号接入JD-BP37高压变频器。 JD-BP37高压变频器输出的故障跳闸信号接入断路器的分闸回路，连跳高压信号接入安全回路，当出现严重故障时及时跳开断路器保护JD-BP37高压变频器及电机。
4.4多种控制保证措施，保证产品可靠运行
水泥行业连续生产的性质决定了用于水泥厂用的高压变频器需要有很高的可靠性，保证安全生产。水泥厂一般地处偏远，供电质量相对不高，对设备的电网适应性问题突出。相对适应进口品牌高压变频器，风光牌高压变频器拓扑结构采用功率单元串联技术方案，产品具有对电网电压的适应范围宽（－65％～115％Un），单元故障自动旁路、工频旁路、瞬时停电再启动功能、相间短路等多项完善的保护功能技术，提高了抗电网波动和负载扰动能力，大大提高产品在水泥应用现场的可靠性。
5 节能效果分析
2009年9月24日，变频器正式投入运行，至今运行良好。为了对水泥厂1#、2#除尘风机节能效果统计分析，以1#除尘风机为例计算说明。在用户正常生产相同的情况下，选取1#除尘风机变频改造前6月10日至6月19日工频运行情况，变频改造后选取10月15日至10月24日，统计对比情况如下表3所示。
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表3 1#除尘风机运行效果统计对比表
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序号
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变频改造前运行情况
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变频改造后运行情况
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时间
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运行电流
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时间
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输入电流
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输出电流
|
运行频率
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1
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09.6.10
|
33.4A
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09.10.15
|
13.1A
|
21.0A
|
39.10Hz
|
|
2
|
09.6.11
|
32.5A
|
09.10.16
|
25.0A
|
34.0A
|
49.00Hz
|
|
3
|
09.6.12
|
33.5A
|
09.10.17
|
9.1 A
|
16.9 A
|
34.50 Hz
|
|
4
|
09.6.13
|
32.8A
|
09.10.18
|
15.4 A
|
24.4A
|
40.60Hz
|
|
5
|
09.6.14
|
33.0A
|
09.10.19
|
14.6A
|
23.5 A
|
39.80Hz
|
|
6
|
09.6.15
|
32.9A
|
09.10.20
|
18.0 A
|
25.6 A
|
41.60Hz
|
|
7
|
09.6.16
|
33.4A
|
09.10.21
|
15.2 A
|
24.2 A
|
40.40Hz
|
|
8
|
09.6.17
|
33.5A
|
09.10.22
|
15.6 A
|
24.6 A
|
41.00Hz
|
|
9
|
09.6.18
|
32.1A
|
09.10.23
|
16.0 A
|
30.0A
|
41.00Hz
|
|
10
|
09.6.19
|
32.9A
|
09.10.24
|
19 .0A
|
26.0 A
|
42.00Hz
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改造前平均运行电流：33.0 A，功率因数0.78
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改造后平均输入运行电流：16.1 A，功率因数0.96
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结 果
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通过10天性能考核分析：
工频平均每小时运行功率计算：
P工频=1.732×6.20kV×33.0A×0.78=276.41 kW
变频平均每小时运行功率计算：
P变频=1.732×6.22 kV×16.1A×0.96=166.51 kW
一年按300天计算，年节约电量：
（276.41 kW—166.51kW）×24h×300天=79.13万 kW·h。
每度电按0.32元计算，一台高压变频器年可节约电费：
79.13万 kW·h×0.32元=25.32万元。
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6结 论
山东新风光电子科技发展有限公司型号为JD-BP37-280F型高压变频器在福建春驰集团新丰水泥公司从投运运行至今，其性能稳定、节能效果明显，可以根据生产的用风情况进行风量调节，大大提高系统的稳定性。
在水泥厂除尘风机的系统中应用高压变频器能节能降耗，是国家大力提倡节能降耗政策不可缺少的技术手段。根据高压变频器的性能及工作原理，可以广泛地应用在电力、冶金、石化、水泥、矿山等需要用到高压电机驱动的各个行业。