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Cement production 水泥生产1 水泥厂变频器常见问题产生的原因分析及处理方法李武成李宁（徐州中联水泥有限公司，江苏徐州221000）中图分类号：TQ172 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）07-0001-01摘要：近年来，我国经济发展迅速，尤其是建筑行业的发展速度越来越快，在这种形势下，建筑材料的需求量也逐渐增大，水泥作为建筑行业中常用的原材料，其使用非常广泛，用于砌块施工、混凝土施工、二次结构施工等，在水泥的生产过程中，为了响应我国可持续发展的理念，在水泥厂的生产过程中使用变频器可以达到变频节能的目的，节能效果明显，但是这种新设备的应用也经常会导致一些问题，针对这些常见问题要做出合理分析，并提出科学的处理方案。
基于此，本文简要分析了水泥厂变频器常见问题产生的原因及处理方法。
关键词：水泥厂；变频器；常见问题；原因；处理方法0 引言当前，在水泥厂的生产过程中，变频技术的应用已经比较普及，主要是因为变频器的使用可以在水泥生产中起到变频节能的作用，但是在使用的过程中，会因为变频器的变频控制而导致一些生产故障，这些问题会影响水泥厂的正常稳定生产，不利于水泥生产行业的发展，针对这些生产过程中的问题，要全面分析，结合变频器的原理采取合理措施进行处理。
1 变频器常见问题及处理方法在变频器的安装过程中，经常会由于操作不当而导致一些质量问题，主要的原因是变频器工作环境对于设备的不利影响，温度过高或者空气湿度过大，都会造成变频器在运行的过程中导致设备故障。
主要的有以下几种原因：1、在水泥生产线中，车间内灰尘较多，细小的灰尘会吸附在控制板、通讯线路和电子器件上，影响散热效果，导致变频器元器件长期过热运行，严重时会造成元器件烧损，造成不必要的损失。
如电路板灰尘积聚过多时，可用软刷或精密仪器清洗剂清洗，电路板晾干后才能重新回装。
2、在变频器的工作中，经常会由于设备温度过高导致设备故障，虽然变频器本身也带有冷却风扇，但是变频器柜内温度夏季超过40℃以上，在高温工作环境中变频器容易出现故障，也影响变频器的使用寿命。
浅谈变频器在水泥行业的应用变频调速的出现和发展为异步电动机的调速方式带来了一场划时代的革命。
随着近几十年调速技术的创新和完善，不仅推动了工业生产的自动化进程，同时也为企业带来了可观的经济效益。
变频调速技术在我国水泥行业的应用日趋广泛。
应用于生产工艺需要调速的许多环节，如回转窑、冷却机、喂料及配料系统、工艺风机、水泵等，结合我公司施设阶段及试生产中取得的一些经验，归纳出一些看法，供同行参考和指正。
1变频器的选型基于目前的市场，变频器与其它产品一样，也具有较多的品牌及种类。
通用型变频器一般采用给定闭环控制方式，动态响应速度相对较慢，而工程型变频器则在其内部通过检测设有自动补偿、自动限制的环节，在设备低速运转时也可保持很好的转矩特性，可实现真正意义上的闭环控制。
工程型变频器通常有三种控制方式可选：1）开环控制方式同通用型；2）带转差补偿，即当负载突降时，可自动补偿；3）装机／装柜型，功率45～200kW，需要附加电路及整体固定壳体，体积较为宠大，占用空间相对较大。
用户选择时可根据受控电机功率及现场安装条件选用适合类型。
从变频器的电压等级来看，有1AC230V；也有3AC208V～230V、380V～460V500V～575V、660V～690V等级，另外还有多脉冲（1脉冲或18脉冲）3300V和6000V，用户应根据要求和负载特性来做出正确的选择。
从变频范围及控制精度要求而言，变频器有FC（频率控制），调速范围1：25；VC（矢量控制），调速范围1：100～1：1000；SC（伺服控制），调速范围1：4000—1：10000；在目前水泥生产线上一般选用VC方式，这种控制方式目前评价较好。
兼顾上述几点要求。
用户可根据生产的现场情况做出正确选择。
2变频器的安装调试在水泥生产中．就地控制生产设备的现场安装是不可取的，因为水泥生产线粉尘较大，调速机械大多安装在室外或库下。
环境较其它行业相比更为恶劣，变频器作为较为精密的仪器设备，生产现场时常无人且环境较差，对设备不利．故在水泥生产线上，变频器应安装在电控室内。
![邦飞利ACT401系列变频器在山水集团水泥水磨生产线中的应用[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/6bb7d1ddce2f0066f53322bf.png)
邦飞利ACT401系列变频器在山水集团水泥水磨生产线中的应用邦飞利ACT401系列变频器在山水集团粉磨站中得到了广泛采用。
经过生产实践的检验，表明其无论在简单的变频节能控制(如风机、水泵变频调速)，还是在负荷状况复杂多变、电源状况较差的条件下，只要正确设置各控制参数，都能找到合适的解决方案。
1 变频器控制方式及其特点：1．1 v／f控制方式(即配置I10)v／f控制方式是异步电动机变频调速最基本的控制方式，它在控制电动机频率(f)变化的同时，也控制变频器的输出电压(V)，并使两者之比( 为恒定，从而使电动机的磁通基本保持不变。
电动机的速度与电压频率成正比，从而达到调速目的。
该方式能够在较宽的调速范围内，保证电动机的效率和功率因数不下降。
风机和泵类机械的节能及配料秤的调速可使用这种控制方式。
v／f控制的主要缺点是低速性能较差。
其原因是低速时异步电动机定子的电压降所占比重增大，而定子电压仍保持不变，势必引起感应电动势减小，即电动机的磁通减小，电磁转矩减小。
实际应用中表现为：水泵在启动过程中或低速运转时容易过负荷跳闸；配料秤在料层厚、配料量小的情况下皮带不易启动或运转中容易被料压住(通常伴随着过负荷跳闸)。
解决的方法之一是：缩短加速时间，使电动机在尽可能短的时间内达到控制速度的最大值，即尽快获得最大转矩。
但时间设置过短，有可能导致变频器出现“加速过电流”故障；之二是采用变频器的“转矩提升”功能，设置有关参数，通过试验，选择一个合适的“提升值”，即可解决此类问题。
将ACT401变频器的控制参数30置为110，即可采用此种控制方式。
1．2 PID控制方式(即配置111)通常在恒压给水、流量、液位的控制中采用这种方式，它实际上是通过软件扩充功能，在内部设置了一个PID控制器，方便用户的应用。
此种方式，水泥生产线主机设备基本上不采用，在此不作多叙。
将ACT401变频器的控制参数30设置为111，即可采用此种控制方式。
利德华福HARSVERT-VA系列高压变频器在水泥行业的应用文/ 技术工程系统孙立强一、引言水泥工业是国民经济生产中的能源消耗大户，已被列为国家节约资源的重点领域之一。
在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下，提高水泥行业的节能技术和应用水平，建立节约型水泥工业体系意义重大。
在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下，水泥生产企业必须通过各种途径降低能耗，以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率。
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、出风口挡板开度大小来实现风量调节，而该方法是以增加风阻、牺牲风机的效率来达到要求的，损耗严重。
电动机负载电耗就占成本近30％，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重。
对于一条水泥生产线，其中有25%～30%的电能是用于拖动各种类型风机上。
风机电动机特别利用变频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，同时减少因调节挡板而造成挡板和管道的磨损，从而避免经常停机检修所造成的经济损失。
目前，行业普遍认为高压风机电动机的变频调速改造是降耗增效的主要措施。
二、项目介绍河北矿峰水泥有限公司一期生产线，高温风机采用北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频调速系统，节能效果非常显著，用户非常认可。
于是在二期生产线中扩大使用北京利德华福电气技术有限公司变频调速系统，在生料磨循环风机、窑尾排风机、窑尾高温风机上都采用了北京利德华福电气技术有限公司变频调速系统。
（1）二期生产线窑尾排风机电机及其变频调速系统：电机2000kW,10kV（2）二期生产线高温风机电机及其变频调速系统：电机3350kW,10kV（3）二期生产线原料磨循环风机电机及其变频调速系统：电机4800kW,10kV三、利德华福高压变频器原理及特点HARSVERT-A系列高压变频调速系统采用单元串联多电平技术，属“高-高”电压源型变频器，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多组功率模块串联而成，从而由各组低压叠加而产生需要的高压输出，它对电网谐波污染小，总谐波畸变小于4%，直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，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，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机， 10kV每个系统共有24个功率单元，每8个功率单元串连构成一相，其系统结构如图1所示。
精心整理变频器在水泥厂的应用回顾我国水泥工业的发展历史，逐渐从规模小、技术落后、资源浪费型工业向集团规模化、计算机集中控制、节能增效型现代化管理企业转变。
伴随着这种转变，不论从宏观方面处于国家政策大力提倡推行的节能大趋势下出发，还是从企业本身的降低电耗成本增加产品竞争力的需求出发，节能已成为目前水泥工厂设计和建设中不可缺少的环节。
在水泥生产过程中，电能消耗非常大，电费在水泥生产成本中占了很大的比例。
在水泥厂的工艺设备配置中，生料制备和熟料烧成段风机功率约占设备总功率的40％左右。
所以风机的电耗直接影响到水泥企业的生产成本。
能否控制好风机的电耗，特别是大型风机的电耗，对降低水泥生产成本，提高企业的经济效益是至关选择?，压力H下降到80容积损耗、差率达到改变电机转速的目的。
由于绕线式电机转子线圈串入不同电阻后，对应的转差率不同。
电阻越大，电机转速越低；电阻为零，电机达到全速，这就是液体电阻启动调速器的基本原理。
由于液体电阻调速器在调节过程中要产生转差功率损耗、电阻通电所产生的热耗，所以液体调速器节能效果也不太理想。
它的缺点主要是：调速范围小，最大为2：1；由于通过检测实际转速与设定值比较来升降极板，在实际运用中，调速精度低、速度响应慢、转速不稳定、易受温度影响；并且在调速过程中，电解液中流过转子电流会产生大量热量，需使用循环水进行冷却；采用绕线型电机，结构复杂，维护工作量大，需增加转子电缆接线。
而交流变频调速的特点是效率高，没有调速带来的附加转差损耗，调速的范围大、精度高、无级调速，并且实现电机软启动，延长电机使用寿命，减小启动电流对电网的冲击。
使用结构简单、可靠耐用、维护方便的鼠笼式电动机，又能达到节电的显着效果，是风机节能的较理想的方法。
二、高压变频器的类别比较实用并已产品化的高压变频器，按其主接线可分为“交一交”变频和“交一直一交”变频两大类，在“交一直一交”变频领域中较有代表的主流产品按中间直流滤波环节的不同，主要可分为电流源型、三电平电压源型、单元串联多电平电压源型。
1.“交一交”变频器“交一交”变频器是采用晶闸管实现无直流环节的直接由交流到交流的变频器，也叫做周波换流器。
当电压在3kV以下时，每相要用12只晶闸管，三相共36只；当电压超过3kV时，晶闸管必须串联使用，所用的晶闸管要成倍增加。
其优点是可用于驱动同步和异步电机；堵转转矩和保持转矩大；动态过载能力强；可四象限运行；电机功率因数可为COSφ=1；极佳的低速性能；弱磁工作范围广；转矩质量高；效率高。
其缺点是功率因数与速度有关，低速时功率因数低；最大输出频率为电源频率的1／n（n=2，3，…．）；最大转速<500r／min；网侧谐波大，此类变频器适用于轧钢机、船舶主传动和矿石粉碎机等低速转动设备，不适合在水泥厂应用。
2．3kV达220Hz3，输410kV。
高压变频器在水泥厂的应用中通常采用“交一直一交”变频方式，而“交一直一交”变频又可分为“高一低一高”方式及“高一高”方式。
“高一低一高”方式，其实质上还是低压变频，只不过是从电网和电动机两端来看是高压。
该方式是中压变频技术发展中的一种由低压变频向中压变频过渡的方式。
因其存在着中间低压环节需要增加变压器、无功补偿器、谐波滤波器，控制复杂，可靠性较低，检修比较困难，设备占地面积和体积较大，系统的整体效率较低，设备的维护费用和故障均会相应提高，目前已处于逐步淘汰的阶段。
而随着中压变频技术的发展，特别是新的大功率可关断器件的研制成功，直接高压变频即“高一高”方式，因没有中间的低压环节，所以效率高、主回路简单、工作可靠，是目前高压变频应用的主流。
1．“高低一高”变频调速系统此种调速控制方案是将高压通过降压变压器，使变频器的输入电压降低，这样可以采用各大公司一般的交流变频器，然后将变频器的输出电压通过升压变压器提高到6kV以满足交流电动机的电压要求，但此方案存在着以下问题：（1）“高一低一高”变频系统需要用2个变压器，设备环节比较多，占地面积比较大，从而降低了效率，且降压、升压变压器不能互换，升压变压器需要特制，以减弱高次谐波的影响，成本会有所上升。
（2）该系统输出波形畸变较大，高次谐波含量较高，对电机的绝缘要求很高。
（3）该系统中的变频器整流部分普遍采用可控硅桥式整流电路，在电机低速运行时变频器的功率因数比较低，波形畸变很大，逆变部分大多采用6脉冲或12脉冲，输出波形失真较大，有大量高次谐波存在。
（4）该系统中的变频器工作在低电压状态，为满足功率输出的要求，工作电流会很大，往往要求变频器元件进行并联运行，为此必须进行元件配对，加均流措施，检修要求比较高。
2．““（1（2型，（3（4（5（6“高一低一高”1采用高压变频器的调速系统因其节能效果明显、调节方便、维护简单等优点，而被越来越多地应用。
但它的非线性、脉冲性用电的工作方式，带来的干扰问题亦倍受关注。
对于一台高压变频器来讲，它的输入端和输出端都会产生高次谐波，输入端的谐波会通过输入电源线对公用电网产生影响。
一般来讲，变频器对容量大的电力系统影响不是十分明显，但是对于系统容量小的系统，谐波产生的干扰就不可忽视，它对公用电网是一种污染，客观的存在对公用电网和其它系统的危害大致有：（1）谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用率，大量的三次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。
（2）谐波影响各种电气元件的正常工作。
谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪音和过电流，使电容器、电缆等设备过热，绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
（3）谐波会引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述的危害大大地增加，甚至引起严重事故。
（4）谐波会对临近的通讯系统产生干扰，导致通讯质量降低，甚至信息的丢失，使通讯系统无法正常工作。
通常抑制谐波的方法基本思路有三，其一是装设谐波补偿装置来补偿谐波；其二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为l；其三是在市电网络中采用适当的措施来抑制谐波。
在高压变频器应用实例中主要采取以下几种措施来达到抑制谐波的效果，同时也产生了高压变频器在整流部分的几种应用方案：（1）采用新型的整流器，取消隔离变压器。
大容量的变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术。
高功率因数整流器主要采用PWM整流器，可构成四象限交流调速用变频器。
这种变频器不但输出电压、电流为正弦波，输入电流也为正弦波，且功率因数为l，还可以实现能量的双向传递，代表了这一技术的发展方向。
当电网（2（31812．kW 以上采用2.布置，号电缆，这样可尽量减少变频器工作时产生的电磁干扰。
在进行电气室布置时，必须考虑高压变频器的工作环境问题。
由于变频器是电子装置，内含电解电容、电路板、芯片等电子元器件，如果环境温度太高或含尘量较大，会影响其寿命及稳定性。
所以尽可能设置单独的变频器室，同时进行散热及防尘处理，通常采用以下方法：（1）外循环散热方式：制作散热风管，利用变频器的内装风扇或外加排风扇将变频器内部产生的热量排出到室外，同时从室外补充温度较低的冷空气，这时需根据变频器所需的冷却风量提供足够的进风口面积，同时在进风口做好防尘处理。
（2）内循环散热方式：变频器室作密闭防尘处理后，在室内安装空调，控制温度在20～25℃之间，空调制冷量根据房间面积及变频器发热量确定，一般情况下由于高压变频器发热量较大，所需空调功率较大。
另外需要注意的是隔离变压器的温度信号及瓦斯信号最好进变频器作为联锁信号，当隔离变压器发生温度或瓦斯故障时，变频器可立即停止运行，然后再向隔离变压器的高压配电装置发出故障跳闸信号，从而跳掉变压器的高压侧开关。
这样避免了变频器在工作状态时突然失去电源而对内部元器件造成损伤。
还有在新建项目中进行高压变频主回路方案考虑时，可不考虑普通的备用回路，因为如果考虑备用回路，特别在电机功率较大的情况下，就会产生以下问题：鼠笼电机直接启动电流太大需增加启动设备，需增加配电柜、切换柜、电容补偿柜等设备，投资大量增加，高压柜保护参数也需变化，并且主回路及控制回路复杂，增加施工及调试难度。
而高压变频器发展到现在已经是一种技术成熟、性能可靠的工业级产品，拥有很高的平均无故障时间，完全值得信赖，所以没有必要考虑备用控制回路。
五、结束语在水泥厂工程中推广使用高压变频器，带来的不仅是节能所产生的直接经济效益，还有其他的附加效益：通过变频器实现电机的软启动，降低了启动电流，避免了启动时的机械冲击，延长了电动机寿命；采用结构简单、可靠耐用的鼠笼电机，从而降低了电动机的价格、维护工作量及费用；水泥厂排风系统中粉尘含量较大，对高速???支。
要求，使得电二、综述?????通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。
而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。
这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。
在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。
从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。
泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空间，提水泵站、水池储罐给排系统、工业水（油）循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等设备。
而且，根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。
这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。
风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。
不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。
近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。
变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）／p，（式中n、f、s、p 分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。
变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。
?????Q，压力H由r0。
水泵分别1，r0，系和降至50%以上。
