安丘山水水泥有限公司坐落于风景秀美、有中国草莓之乡美誉的安丘市石埠子镇，系山东山水水泥集团有限公司投资12亿元人民币建设的日产万吨（2×5000t/d）水泥熟料生产基地。公司注册资本2.5亿元，一期工程5000T/D水泥熟料项目，投资5.40亿元人民币，于2003年10月开工建设，2004年11月6日建成投产。该项目利用当地丰富的石灰石资源，生产优质旋窑水泥熟料，产品除满足集团青岛水泥粉磨站和日照水泥粉磨站市场需要外，部分产品出口海外。公司厂区绿化率40%，粉尘排放和噪声污染低于国家标准，2005年年初一次通过国家环评验收。
安丘山水水泥厂从2007年6月，陆续上马了HICON品牌的2台大功率高压变频器，最大的为窑尾高温风机6kV 4000kW，采用了合康亿盛的HIVERT-Y06/500的高压变频器，另一台为生料磨风机6kV 2500kW，采用了合康亿盛的HIVERT-Y06/310的高压变频器 。
二、工况简述
旋窑是一个有一定斜度的圆筒状物，预热机来的料从窑尾进入到窑中，借助窑的转动来促进料在旋窑内搅拌，使料互相混合、接触进行反应，物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。窑内燃烧产生的余热废气，在窑尾高温风机的作用下，通过预热器对进入窑尾前的生料进行预热均化，降温后的余热废气再通过高温风机抽出进入废气处理。均化好的生料预热后在回转窑内煅烧成熟料，回转窑内需要合适的气压及温度，才能使煤粉有一定的悬浮时间进行充分燃烧，生料才能在窑内达到很好的热处理。窑内因物料的堆积变化很大，所以瞬时气压变化频繁。窑尾高温风机一方面用来调整窑内气压，另一方面回转窑内锻烧后的高温熟料出来有废气，废气带灰，通过窑尾高温风机引出由电收尘器将灰尘进行处理，再将废气排掉。
窑尾高温风机是保证水泥生产线窑内负压的重要负载，即使在以往工频运行、采用液力耦合器调速的高温风机，也常见由于管道“塌料”导致高温风机电机过负荷跳闸，导致生产中断。而对于由于变频器装置的电力电子器件的过负荷能力的限制，以上由于塌料造成的高温风机过负荷导致的变频器保护停机现象如无专业技术是不可避免的，将给水泥生产线造成更多的损害。
高温风机由于“塌料”导致的过负荷是由于在旋窑水泥生产线生产过程中的预热器管壁上的粉尘粘附到一定厚度时就会坍塌脱落，造成管道内粉尘浓度增大，阻力增加，负压升高，使排风机负荷增加或如果垂直烟道或预热器内在清结皮或有物料塌料时，同样也会造成气流波动，使排风管内气流紊乱，造成高温风机过负荷停机，该现象的频繁出现对高温风机电动机造成损坏。在实际使用过程中的“塌料”现象，会不定期的导致电机运行电流在极短的时间内超出正常电流的数倍，如使用目前国内外一般厂家的通用型高压变频器，可能导致变频器运行过程中频繁跳机，直接影响高温风机与水泥生产线的正常运行。
生料磨循环风机在生料磨系统中起到很大作用，通过调节循环风机可以控制磨系统的以下参数：
1．调节磨内通风量：立磨靠风扫磨，通风量要适当。风量不足，合格的生料不能及时带出，料层增厚，排渣量增多，设备负荷高，产量降低；风量过大，料层过薄，影响磨机稳定运转。
2．调节磨内压力： 压差是指风环处的压力损失,在磨机运行时，磨内负荷量的变化不仅从磨机电流、料层厚度、振动幅度等参数上反应出来，而且压差更能反映磨内状况。
3．调节磨机出口温度：有效的控制出口温度，可以保持良好的烘干及粉磨作业条件。
４．调节料层厚度：立磨稳定运转的另一重要因素是料床稳定。料层稳定，风量、风压和喂料量才能稳定，否则就要通过调节风量和喂料量来维持料层厚度。若调节不及时就会引起震动加剧，电机负荷上升或系统跳停等问题。
５．调节磨机振动：振动是辊式磨机工作中普遍存在的一个现象,合理的振动是允许的,但若振动过大，则会造成磨盘和磨辊以及衬板的机械损坏。
合康公司技术人员针对高温风机的运行工艺情况进行了大量的研究分析，并针对性地研制出“负载突变电流控制及追踪起动技术”，成功地解决了高温风机的管道“塌料”问题。该产品从2005年投入水泥生产线的变频改造，从设备的硬件设计、控制软件设计等多方面对高温风机的不定期的尖峰负荷运行进行全方位针对性的设计改进。具有这种技术的高压变频器有效地避免了其他厂家的通用高压变频器在运行中由于“塌料”所导致的反复跳机，与工频液耦运行相比也降低了跳机的可能性，从而使安装了变频器的水泥生产线达到节能又增效，降低电机、风机设备故障率，为水泥企业保证生产安全性、经济性作出技术与设备保证。
旋窑是一个有一定斜度的圆筒状物，预热机来的料从窑尾进入到窑中，借助窑的转动来促进料在旋窑内搅拌，使料互相混合、接触进行反应，物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。窑内燃烧产生的余热废气，在窑尾高温风机的作用下，通过预热器对进入窑尾前的生料进行预热均化，降温后的余热废气再通过高温风机抽出进入废气处理。均化好的生料预热后在回转窑内煅烧成熟料，回转窑内需要合适的气压及温度，才能使煤粉有一定的悬浮时间进行充分燃烧，生料才能在窑内达到很好的热处理。窑内因物料的堆积变化很大，所以瞬时气压变化频繁。窑尾高温风机一方面用来调整窑内气压，另一方面回转窑内锻烧后的高温熟料出来有废气，废气带灰，通过窑尾高温风机引出由电收尘器将灰尘进行处理，再将废气排掉。
窑尾高温风机是保证水泥生产线窑内负压的重要负载，即使在以往工频运行、采用液力耦合器调速的高温风机，也常见由于管道“塌料”导致高温风机电机过负荷跳闸，导致生产中断。而对于由于变频器装置的电力电子器件的过负荷能力的限制，以上由于塌料造成的高温风机过负荷导致的变频器保护停机现象如无专业技术是不可避免的，将给水泥生产线造成更多的损害。
高温风机由于“塌料”导致的过负荷是由于在旋窑水泥生产线生产过程中的预热器管壁上的粉尘粘附到一定厚度时就会坍塌脱落，造成管道内粉尘浓度增大，阻力增加，负压升高，使排风机负荷增加或如果垂直烟道或预热器内在清结皮或有物料塌料时，同样也会造成气流波动，使排风管内气流紊乱，造成高温风机过负荷停机，该现象的频繁出现对高温风机电动机造成损坏。在实际使用过程中的“塌料”现象，会不定期的导致电机运行电流在极短的时间内超出正常电流的数倍，如使用目前国内外一般厂家的通用型高压变频器，可能导致变频器运行过程中频繁跳机，直接影响高温风机与水泥生产线的正常运行。
生料磨循环风机在生料磨系统中起到很大作用，通过调节循环风机可以控制磨系统的以下参数：
1．调节磨内通风量：立磨靠风扫磨，通风量要适当。风量不足，合格的生料不能及时带出，料层增厚，排渣量增多，设备负荷高，产量降低；风量过大，料层过薄，影响磨机稳定运转。
2．调节磨内压力： 压差是指风环处的压力损失,在磨机运行时，磨内负荷量的变化不仅从磨机电流、料层厚度、振动幅度等参数上反应出来，而且压差更能反映磨内状况。
3．调节磨机出口温度：有效的控制出口温度，可以保持良好的烘干及粉磨作业条件。
４．调节料层厚度：立磨稳定运转的另一重要因素是料床稳定。料层稳定，风量、风压和喂料量才能稳定，否则就要通过调节风量和喂料量来维持料层厚度。若调节不及时就会引起震动加剧，电机负荷上升或系统跳停等问题。
５．调节磨机振动：振动是辊式磨机工作中普遍存在的一个现象,合理的振动是允许的,但若振动过大，则会造成磨盘和磨辊以及衬板的机械损坏。
合康公司技术人员针对高温风机的运行工艺情况进行了大量的研究分析，并针对性地研制出“负载突变电流控制及追踪起动技术”，成功地解决了高温风机的管道“塌料”问题。该产品从2005年投入水泥生产线的变频改造，从设备的硬件设计、控制软件设计等多方面对高温风机的不定期的尖峰负荷运行进行全方位针对性的设计改进。具有这种技术的高压变频器有效地避免了其他厂家的通用高压变频器在运行中由于“塌料”所导致的反复跳机，与工频液耦运行相比也降低了跳机的可能性，从而使安装了变频器的水泥生产线达到节能又增效，降低电机、风机设备故障率，为水泥企业保证生产安全性、经济性作出技术与设备保证。
三、不同调速方式的能耗比较
液力耦合器与变频调速节能比较表
液力耦合器与变频调速节能比较表
六、节能考核
安装变频器后,用户通过安装电量表与时间计时器,计量出以下数据:
1. 高温风机 原工频输入电流375A左右,每小时平均耗电量 3120 kWh,安装变频器后,输入电流下降到229-231之间,平均每小时耗电量2309kWh,每小时节约 811kWh,年省电量6163600kWh。
2. 生料磨循环风机 原工频输入电流213-215A左右,每小时平均耗电量1842kWh,安装变频器后,输入电流下降到132左右,平均每小时耗电量1327kWh,每小时节约515kWh,年省电量3914000kWh。
下表是以上二台风机变频改造前后的数据汇总
安装变频器后,用户通过安装电量表与时间计时器,计量出以下数据:
1. 高温风机 原工频输入电流375A左右,每小时平均耗电量 3120 kWh,安装变频器后,输入电流下降到229-231之间,平均每小时耗电量2309kWh,每小时节约 811kWh,年省电量6163600kWh。
2. 生料磨循环风机 原工频输入电流213-215A左右,每小时平均耗电量1842kWh,安装变频器后,输入电流下降到132左右,平均每小时耗电量1327kWh,每小时节约515kWh,年省电量3914000kWh。
下表是以上二台风机变频改造前后的数据汇总
七、变频改造总结
根据我公司对水泥厂高温风机、生料磨循环风机高压变频器的安装及使用情况，总结变频器改造有以下优点。
(1)安装简单，即将原高压开关柜与电动机之间插入安装变频器，对原有接线改动不大。
(2)操作使用方便，变频器操作只有简单的开机、停机和频率调整。
(3)能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，适用性强。
(4)保护功能完善，故障率低，排风机启动平稳，启动电流小，可靠性高。
(5)电动机不需长期高速运行，工作电流大幅度下降，节电效果显著。
(6)由于变频器取代了液耦调速，消除了机械及液压高故障率的缺陷，设备维护费用降低。
(7)电动机运行振动及噪声明显下降，轴承温度也有很大的下降。
交流变频调速器，以适用性强、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用户的欢迎。它应用在调速、节电、软启动方面，对企业有很大的实用价值。合康公司高压变频器在我厂对两条生产线的五台电机进行了成功的改造，不仅节能效果明显，提高了整个系统的工艺性能，同时也使两条生产线大大提高了产量，得到车间的好评，并在我省水泥行业中产生了很大的影响。
根据我公司对水泥厂高温风机、生料磨循环风机高压变频器的安装及使用情况，总结变频器改造有以下优点。
(1)安装简单，即将原高压开关柜与电动机之间插入安装变频器，对原有接线改动不大。
(2)操作使用方便，变频器操作只有简单的开机、停机和频率调整。
(3)能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，适用性强。
(4)保护功能完善，故障率低，排风机启动平稳，启动电流小，可靠性高。
(5)电动机不需长期高速运行，工作电流大幅度下降，节电效果显著。
(6)由于变频器取代了液耦调速，消除了机械及液压高故障率的缺陷，设备维护费用降低。
(7)电动机运行振动及噪声明显下降，轴承温度也有很大的下降。
交流变频调速器，以适用性强、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用户的欢迎。它应用在调速、节电、软启动方面，对企业有很大的实用价值。合康公司高压变频器在我厂对两条生产线的五台电机进行了成功的改造，不仅节能效果明显，提高了整个系统的工艺性能，同时也使两条生产线大大提高了产量，得到车间的好评，并在我省水泥行业中产生了很大的影响。
四、用户现场设备参数
1、6kV 4000kW高温风机与电机参数:
电机参数：（使用液力耦合器调速）
型号：YR0S 4000-6 额定转速：994r/min
额定功率：4000kW 额定电流：468.9 A 运行电流：375A 电压：6.1 kV
额定功率因数：0.87
高温风机参数:
额定功率：4000kW 额定转速：992r/min 实际转速:807 r/min
额定风量: 980000 m3/h 额定风压：10100 Pa
1、6kV 4000kW高温风机与电机参数:
电机参数：（使用液力耦合器调速）
型号：YR0S 4000-6 额定转速：994r/min
额定功率：4000kW 额定电流：468.9 A 运行电流：375A 电压：6.1 kV
额定功率因数：0.87
高温风机参数:
额定功率：4000kW 额定转速：992r/min 实际转速:807 r/min
额定风量: 980000 m3/h 额定风压：10100 Pa
2、6kV 2500kW生料磨风机与电机参数:
电机参数：（使用液力耦合器调速）
型号：YRKK 710-6 额定转速：994r/min 运行电流：214A 电压：6.1 KV
额定功率：2500kW 额定电流：295 A
额定功率因数：0.86
高温风机参数:
额定功率：2240kW 额定转速：992r/min 实际转速:785-800 r/min
额定风量: 570000 m3/h 额定风压：9500 Pa
电机参数：（使用液力耦合器调速）
型号：YRKK 710-6 额定转速：994r/min 运行电流：214A 电压：6.1 KV
额定功率：2500kW 额定电流：295 A
额定功率因数：0.86
高温风机参数:
额定功率：2240kW 额定转速：992r/min 实际转速:785-800 r/min
额定风量: 570000 m3/h 额定风压：9500 Pa
五、变频节能改造简述
经过对原系统进行分析，对原系统的风压控制由原来的液力耦合器调节改为变频器调节，即取消原液力耦合器，将电机与液力耦合器之间用一连接轴取代液力耦合器连通，而由变频器对电机本身进行调速，最后达到调整窑尾预热器（高温风机入口）的压力为工况要求值。变频器设备接入用户侧高压开关和拟改造电机之间，变频器控制接入原有的DCS系统，由DCS系统来完成正常操作。
由于原电机控制为液力耦合器调速，为了安装变频器，必须重新设计变频器专用房。根据现场环境，我们选择在高压配电室旁另建一变频器专用房，此地方距高压室较近，动力电缆敷设方便。由于现场灰尘较大，而变频器为强迫风冷，设备内空气流通量较大，为保障变频器尽量少受外界灰尘的影响，在房间通风设计上，设计了大面积专用进风窗，房间不另设其它窗口，基本上是密闭设计。通风窗采用专用过滤棉滤网，这样使进入变频器室内的空气经过通风窗滤灰，进入变频器室内的灰尘大大减小。
由于本变频器功率较大，为保证足够的通风冷却效果，在变压器柜顶和功率柜顶分别独立安装了一整体风罩，与各自的出风口连成整体，保证变频器整体冷却通风要求，即使在夏季高温季节也不需开空调进行降温。
为减小安装成本，动力电缆保留了原高压柜至电机的电缆，将电缆原接线由高压柜牵至变频器，再重新由高压柜到变频器敷设一根动力电缆，由于变频器房紧邻高压室，此电缆长度较短。变频改造后，由于需要取消原液力耦合器，我们按照液力耦合器的联接尺寸设计制作了一套直接连接轴来代替液耦。连接轴的基座安装尺寸、轴连接中心尺寸、轴径尺寸、轴与电机及风机侧的连接靠背轮均与原液耦一致，安装时，仅需将原液耦拆除，将连接轴代替液力耦合器，现场仅作少量调整即可达到安装要求，而不用对风机及电机作任何调整，安装方便快捷。
安装高压变频后，原绕线电机对滑环进行短接，废除了原水电阻启动器，每年对碳刷及水阻启动器和电机的维护减少，综合运行成本大幅度下降，且高压变频启动时间任意可调，实现平滑启动，对设备运行起了良好的保护。
经过对原系统进行分析，对原系统的风压控制由原来的液力耦合器调节改为变频器调节，即取消原液力耦合器，将电机与液力耦合器之间用一连接轴取代液力耦合器连通，而由变频器对电机本身进行调速，最后达到调整窑尾预热器（高温风机入口）的压力为工况要求值。变频器设备接入用户侧高压开关和拟改造电机之间，变频器控制接入原有的DCS系统，由DCS系统来完成正常操作。
由于原电机控制为液力耦合器调速，为了安装变频器，必须重新设计变频器专用房。根据现场环境，我们选择在高压配电室旁另建一变频器专用房，此地方距高压室较近，动力电缆敷设方便。由于现场灰尘较大，而变频器为强迫风冷，设备内空气流通量较大，为保障变频器尽量少受外界灰尘的影响，在房间通风设计上，设计了大面积专用进风窗，房间不另设其它窗口，基本上是密闭设计。通风窗采用专用过滤棉滤网，这样使进入变频器室内的空气经过通风窗滤灰，进入变频器室内的灰尘大大减小。
由于本变频器功率较大，为保证足够的通风冷却效果，在变压器柜顶和功率柜顶分别独立安装了一整体风罩，与各自的出风口连成整体，保证变频器整体冷却通风要求，即使在夏季高温季节也不需开空调进行降温。
为减小安装成本，动力电缆保留了原高压柜至电机的电缆，将电缆原接线由高压柜牵至变频器，再重新由高压柜到变频器敷设一根动力电缆，由于变频器房紧邻高压室，此电缆长度较短。变频改造后，由于需要取消原液力耦合器，我们按照液力耦合器的联接尺寸设计制作了一套直接连接轴来代替液耦。连接轴的基座安装尺寸、轴连接中心尺寸、轴径尺寸、轴与电机及风机侧的连接靠背轮均与原液耦一致，安装时，仅需将原液耦拆除，将连接轴代替液力耦合器，现场仅作少量调整即可达到安装要求，而不用对风机及电机作任何调整，安装方便快捷。
安装高压变频后，原绕线电机对滑环进行短接，废除了原水电阻启动器，每年对碳刷及水阻启动器和电机的维护减少，综合运行成本大幅度下降，且高压变频启动时间任意可调，实现平滑启动，对设备运行起了良好的保护。
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