1 引言
近年来随着煤炭和电力价格的不断上涨，水泥生产的低成本时代已经一去不复返了，而市场竞争却越来越激烈，水泥企业的利润空间也压缩的越来越小，在国家政策《中华人民共和国节约能源法》和强制性标准《gb50443-2007水泥厂节能设计规范》的及时引导下，水泥行业企业节能降耗工作被放到了非常重要的位置。
据有关报道，水泥厂电动机电耗约占成本的近30％，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，在水泥的生产中，风机大马拉小车现象严重，同时由于工况、产量的变化，系统所需求的风量也随之变化，大部分风机采用传统做法，即调节进、出风口阀门的开度来实现，风机效率低，损耗严重。因此，在水泥厂风机采用变频调速技术，可节约大量能源，提高生产效率，为水泥厂带来较大的效益。
风机电动机利用调速技术改变设备的运行速度，以调节风量的大小，可以既满足生产要求，又达到节约电能，同时减少管道的磨损及经常停机检修所造成的经济损失。
2 工况简介
安徽菲达水泥有限公司由浙江天基实业有限公司（浙江能源集团子公司）、菲达集团有限公司（国家环保骨干企业、上市公司）、浙江天洁水泥有限公司（浙江省诸暨市大型民营企业）和浙江华阳科技有限公司共同出资组建而成的规范化公司，2007年底被南方水泥有限公司资产重组。
公司地处安徽省广德县新杭镇，是苏浙皖三省八县（市）交界处，东临杭嘉湖、北倚苏锡常，交通便捷，运输发达。公司拥有二条日产2500t新型干法水泥熟料生产线，总投资超过4亿元，两条熟料生产线年产能力155t吨，产品主要销往浙江、江苏、上海等地。
水泥厂1#、2#窑头排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，电能白白消耗在挡板上，风机效率低下，针对这种状况，水泥厂领导下决心对窑头排风机进行调速改造。
3 窑头排风机调速方案选择
目前，大功率异步电动机调速方式，主要采用以下几种方式：
（1）液力耦合器方式。即在电机和负载之间串入一个液力耦合装置，通过液面的高低调节电机和负载之间耦合力的大小，实现负载的速度调节，调速范围有限，高速时丢转约5%-10%，低速时转差损耗大，精度低、线性度差、响应慢。这种调速方法实质上是转差功率消耗型的做法，其主要缺点是随着转速下降效率越来越低、而且设备的维护工作量大，属低效调速方式。
（2）串级调速。串级调速必须采用绕线式异步电动机，将转子绕组的一部分能量通过整流、逆变再送回到电网，而现在工业现场几乎都采用鼠笼式异步电动机，更换电机非常麻烦。这种调速方式的调速范围一般在70%-95%左右，调速范围窄。容易造成对电网的谐波污染，功率因数低；串级调速电机受转子滑环的影响，维护工作量大，属于落后技术。
（3）变频调速。变频调速技术是20世纪80年代末兴起的一种新型电力传动调速技术，它以转矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作方便、便于通讯等功能优于以往的传统调速方式（如变极调速、调压调速等）。变频调速运行，是根据负载转速的变化要求，改变供电电流的频率，并配合电压的调节，以获得合理的运行工况点。在不同的转速情况下，均保持较高的运行效率。变频控制技术的应用，不仅降低了电能消耗，同时能改善了启动性能，保护电动机及负载设备免受瞬时启动冲击，延长其工作寿命，还提高电动机及负载设备的工作精确度。
通过对以上高压电机调速方式比较，水泥厂领导决定采用高压变频器对1#、2#窑头排风机进行改造。
经过多方比较性价比，通过招标方式，选用了中国名牌产品-山东新风光电子科技发展有限公司生产的jd-bp37-280f型高压变频器，一拖一控制，共计2台高压变频器。改造取得了成功。
4 现场窑头排风机及电机参数
现场窑头排风机及电机参数如表1和表2所示。现场设备图如图1所示。
表1 电机参数
表2 风机参数
图1 用户现场设备图
5 山东新风光电子jd-bp37系列高压变频器的特点
(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，时间较长，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。我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30s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。我公司的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。
6 项目实施改造方案
根据现场的实际情况，旁路柜采用了一拖一手动方案。此结构是手动旁路的典型方案手，如图2所示。旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，k2与k3采用电磁互锁操作机构，实现电磁互锁。当k1、k3闭合，k2断开时，电机变频运行；当k1、k3断开，k2闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。
