一、引言
随着国家的节能减排政策的落实到位，高、中、低压的各类电机进行变频改造也进入火热化的阶段，其中又以高压电机的变频改造最引人注目，特别是热电、建材、化工、冶炼等高耗能行业，纷纷进行技术改造，通过节能来降低成本，增强企业竞争力，谋求更大的发展。
二、项目介绍
江西某水泥公司有一条2000t/d的旋窑生产线，其中立磨排风机电机为绕线式电机，1400kW/10kV，采用转子水电阻起动。立磨排风机平均每天工作18小时，运行电流60A左右，有功功率840kW左右，无功450kVar左右，阀门开度60%。
三、改造方案
1、通过技术交流与沟通，双方确认对立磨排风机进行高压变频改造，选用深圳市科陆变频器有限公司的CL2700-10-1500-9QY的产品，配手动隔离柜，不需要旁路，将电机转子直接用原有的短接环短接，水电阻柜和原来的高压开关柜退出运行，增加两根高压电缆，一根用于变频器到高压电机的电缆，另一根由原来的高压开关柜进线端到变频器的隔离柜，给高压变频器提供电源。改造前的系统图如图-1，改造后的系统图如图-2。
2、控制电源采用三相四线380V电源，变频系统自带后备式UPS电源，保证控制电源断电后UPS的供电超过30分钟。
3、接口功能表
高压变频调速系统需要与原有的DCS系统接口，功能表如表1
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DCS→变频器
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变频器→DCS
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功能
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信号类型
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功能
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信号类型
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启动
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3秒脉冲信号
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备妥指示
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常保持信号（常开）
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停止
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3秒脉冲信号
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变频运行指示
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常保持信号（常开）
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故障复位
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3秒脉冲信号
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变频故障指示
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常保持信号（常开）
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急停
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常保持信号（常闭）
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输出频率
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模拟量（DC4~20mA）
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频率给定
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模拟量（DC4~20mA）
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输出电流
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模拟量（DC4~20mA）
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表-1 变频调速系统与DCS系统接口与功能表
四、CL2700高压变频调速系统的技术优势
1、高效率、无污染、高功率因数
CL2700系列高压变频调速系统采用的是功率单元串联的高-高方案，采用了多绕组高压移相变压器，二次侧绕组中流过的电流在变压器一次侧叠加时，形成非常逼近正弦波的电流波形。经过实际测试，50Hz运行时，网侧电流谐波 < 2％，电机侧输出电压谐波 < 1.5％（即使在40Hz时，仍然 < 2％），成套装置的效率 > 97％，功率因数 > 96％。完全满足了IEEE 519－1992对电压、电流谐波含量的要求。
另外，通过采用自主开发的专用PWM控制方法，比同类的其它方法还可进一步降低输出电压谐波1～2％。
2、先进的故障单元旁路运行（专业核心技术）
为了提高系统的可靠性，整个变频调速系统中考虑了一定的输出电压余量，并在各功率单元中增加了旁路电路。当某个功率单元出现故障时，可以自动监测故障并启动旁路电路，使得该单元不再投入运行，同时程序会自动进行运算，调整算法，使得输出的三相线电压仍然完全对称，电机的运行不受任何影响。这种控制方法处于国际先进，国内领先的水平，它将大大提高系统的可靠性和运行的稳定性。
3、高性能的控制技术
CL2700系列高压变频调速系统率先实现了简易矢量控制技术，可以实现恒转矩快速动态响应，并且具有加、减速自适应功能，即可根据运行工况参数的实际变化，自动调整加、减速时间，在不超过最大允许电流的情况下，快速达到设定转速；同时，系统可以自动识别电机转速，用户可以不考虑电机目前的运行状态，电机不需要停止运行就可直接实现电动机的启动、加速、减速或停车操作。
CL2700系列高压变频调速系统还可以实现反馈能量自动限制功能。
4、高可靠性
控制电源可实现外部380V供电和高压电源辅助供电双路电源自动切换，即使两路电源都出现故障时，控制系统仍然可以工作足够长的时间，控制整个系统安全停机，发出报警，并记录故障时的所有状态参数。
- 采用高速光纤通信，可有效避免电磁干扰；
- 当单元故障数目超过设定值时，系统可自动切换到工频运行；
- 整流变压器有完善的温度监控功能；
- 独特设计的功率柜风道，主要发热元器件都靠近或处于风道中，散热效果好，保证了系统的过载能力；
- 抗电网电压波动能力强，当电网电压在－15％～＋15％范围内波动时，系统可以正常工作；对于功率单元，在电压－25％～20％范围内变化时，都可正常工作。
五、效益分析
1、变频改造后运行数据对照表（表-2）
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项目
状态
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频率
(Hz)
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电流
(A)
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有功
(kW)
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无功
(kVar)
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阀门开度
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运行时长
(h/日)
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日耗能
(kW.h)
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节电率
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工频运行
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50
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60
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840
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450
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60%
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18
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15120
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---
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变频运行
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45
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48
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710
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170
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100%
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18
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13780
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15.47%
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表-2变频改造后运行数据对照表
2、变频改造后的附加好处
- 网侧功率因数提高：原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.85左右，实际运行功率因数远低于0.8。采用高压变频调速系统后，电源侧的功率因数可提高到0.9以上，无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率，满足电网要求，可进一步节约上游设备的运行费用。
- 设备运行与维护费用下降：采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现节能，在负荷率较低时，电机、风机转速也降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长；并且变频改造后风门开度可达100％，运行中不承受压力，可显著减少风门的维护量。变频器运行中，只需定期对变频器除尘，不用停机，保证了生产的连续性。随着生产的需要，调节风机的转速，进而调节风机风量，既满足生产工艺的要求，工作强度又大大降低。采用变频技术调速后，减少了机械磨损，维护工作量降低，检修费用下降。
- 用高压变频调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常。风机启动时的噪音和启动电流非常小，无任何异常振动和噪音。
- 与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能，更完善地保护了电机。
- 操作简单，运行方便。可通过计算机远程给定风量或压力等参数，实现智能调节。
适应电网电压波动能力强，电压工作范围宽，电网电压在-15%～+10%之间波动时，系统均可正常运行。
六、结束语
随着科技的进步，国产变频器的技术已经非常成熟，已逐步替代各种进口产品，特别是高压变频器，可靠性和性价比都比进口产品具有明显优势，为我国的节能降耗做出了突出的贡献。
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