前言

由于世界能源紧缺，煤、电、油等能源价格不断攀升，能耗高已严重制约企业的生存和可持续发展，近几年变频调速的优越性和节能效果已在低压变频器的运用中得到充分体现，同时高压变频技术的日趋成熟，并逐步在冶金、化工、电力、建材等众多行业中得到了推广和应用。公司各部门根据各自在操作、运行维护、设备可靠性、控制、节能和管理等方面对公司工艺控制复杂、设备维护量大、故障率高；电气控制复杂、耗电量较高、有较高的节能空间的设备进行了调研和可行性分析，确定将窑尾高温风机（800kW/6kV）进行变频节能改造。

一、窑尾风机变频改造的可行性分析

1、高温风机的运行现状：

公司回转窑窑尾风机电机为800kW/6kV高压电机：

（1） 供风系统设计余量大：各风机的挡板开度为75%以下，没有满负荷运行；

（2） 现供风系统供风流量是通过挡板开度的大小来调节，它是通过改变挡板的开度从而改变管网的风阻来调节供风流量的；还有通过液力耦合器来调节转速改变供风量，这种方式虽说简单易行，但它存在很大的弊病。其中(1) 节能效果:液力耦合器节能效果低，在低速时，有近3/4的能量被浪费。大容量的设备还应添加水冷系统。(液力耦合器是一种耗能型的机械调速装置，调速越深(转速越低)损耗越大，对于平方转矩负载，由于负载转矩按转速平方率变化，原传动输入功率则按转速的平方率降低，损耗功率相对小一些，但输出功率是按转速的立方率减小，调速效率仍然很低。(2) 安全性能:液力耦合器出现问题后，必需停机维修，影响生产的正常进行。(3)运行精度: 力耦合器靠油量和负荷的拉动调速，调速精度低，当负荷变化时，转速随之变化。(4)维护费用: 液力耦合器在运行一定时间后，需对液压油进行更换。

（3）现在高压电机多为水电阻启动起动，巨大的起动电流(起动电流一般为额定电流的3倍左右)会产生巨大转矩冲击，会使电机的转子绕组及组尼绕组承受很高的热应力和机械应力，致使电机笼条端环断裂，铁芯松弛，绝缘绕组击穿等。这些情况会导致系统动力设备的使用寿命减短，维护时间与维护费用增加。

（4） 工人的劳动强度大，往往根据供风的高低峰进行人为调节。

2、节能预算：

根据电机转速与频率和极数的关系，即n=60f(1-s)/p,式中

n表示电机转速

f表示输入频率

s表示电机转差率

p表示电机磁极对数

可知，要改变电机的转速，可以通过改变电机极数和转差率，以及频率来实现,变频调速就是采用变频调速器直接通过改变频率来改变电动机的转速的。

由流体力学知道，风机的流体流量（Q）与转速（n）的一次方成正比，风机的压力（H）与转速（n）的二次方成正比，风机的功率（P）正比于风机的流量（Q）与压力（H）的乘积，即风机的功率（P）与转速（n）的三次方成正比，即

流量Q ∝ 转速n

压力H ∝ 转速n2

功率 P ∝ 流量Q*压力H ∝ 转速n3

高温风机电机参数：

功率P：800kW,

额定电压：6kV,

额定电流：95A,

额定转速：1487r/min,

功率因数：0.896；

高温风机运行参数：

运行电流：65A,

风门开度：70%,

电机转速：1300 r/min；

工频运行时的轴功率消耗：

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

保守估算变频改造后的轴功率消耗：

根据工频运行是风机转速1300 r/min，挡板开度70%，结合挡板特性及流体学原理，变频器改造后，风门挡板全开，电机可运行在36.41Hz即可满足生产要求，变频运行消耗的功率为：

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

变频改造后一小时的节电量

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

变频改造后的节电率：

N =( 96.37/419.00)×100% = 23.00%，

年节约电费（按80%的运转率、单位电价为0.42元/kWh）计算：

年运行时间为365*24*80%=7008小时

年节约电量为96.37*7008=675360KWh=67.53万度

年节约电费为：67.53 * 0.5 = 552230=33.76万元

3、改造后效果

根据以上节能计算，很明显，当采用变频调速控制后，保守估计，节电率约大于为20%，除以上明显的节能外，使用变频调速还具有如下优点：

1) 优良的调速性能，完全可以满足于生产工艺要求。

2) 实现了空载软启动，启动峰值电流和时间大大减少，避免了因大电流造成电机的绝缘老化及由于大力矩造成的机械冲击对电机寿命的影响，减少电机的维护工作量。

3) 避免了大力矩造成的机械冲击，减少了机械的磨损，延长风机叶轮的使用寿命，降低了维护费用。

4) 系统安全、可靠，控制方便、灵活，自动化水平高。

二、窑尾风机高压变频改造的选择

我公司与深圳市英威腾电气股份有限公司在2008年5月15日签署了一台800kW/6kV的高压变频器购销合同，选用了一套该公司自主研发和生产的CHH100-0800-06系列高压变频器，用于公司窑尾风机的改造。变频器为电压源型，直接“高—高”方式，6kV电压直接输入，6kV电压直接输出，单元串联PWM叠波输出，每相6单元，功率单元和控制系统之间采用光纤通讯，实现强弱电的完全电气隔离，提高了整个系统的抗干扰能力；

变频器及其工频旁路开关由变频器整体配套提供，主要元器件均采用国际知名厂家产品，所有重要零部件均经过严格筛选和100%测试，整机进行空载高压负载试验。考虑到变频器因故障退出运行后不影响生产，确保系统正常工作，系统旁路选用自动旁路柜，当变频器发生重大故障无法运行时，变频器将立刻分断高压输入，并给出故障报警，此时自动旁路柜将电机自动投入工频电网运行；

高压变频器调试正常后，英威腾公司技术人员还在现场对高压变频器的操作、日常维护以及易出现的故障等作了详细的讲解和培训。