一、项目背景
南京某水泥厂有限公司5000t/d熟料生产线窑头高温排风机原采用x门子高压变频器(功率1120kW/6kV)驱动。该变频器自投运已运行超10年,面临核心控制板卡停产、备件采购困难、散热系统老化、故障率攀升等问题,严重影响窑系统稳定运行与能耗控制。为保障生产连续性、降低改造成本,决定实施利旧升级改造。
二、存在问题
1. 设备老化严重:功率单元电容鼓包、IGBT驱动板老化,散热风机故障频发,夏季高温时段频繁报过热故障。
2. 技术淘汰风险:关键备件(如CUR板、CUVC板)采购周期长、价格高昂。
3. 控制落后:原系统仅支持Profibus通讯,无法接入工厂新建DCS系统实现集中监控与能效优化。
4. 能效偏低:器件老化导致转换效率下降,工频旁路运行占比上升,电能浪费显著。
三、改造方案:核心利旧 + 关键升级
秉持“最小改动、最大效益”原则,制定分步式改造方案:
1. 功率单元利旧与翻新:
保留原变频器主功率柜体及功率单元框架。
更换全新制作的功率单元,单元状态在线监测模块,实时感知温度、电流、电压波动。
2. 控制系统升级换代:
核心更换:拆除原控制系统,更换全新一代先进智能控制系统。
通讯升级:新增Profinet通讯模块,实现与工厂DCS系统无缝集成,支持远程启停、频率设定、实时数据上传(电流、电压、温度、能耗)。
软件优化:移植原风机V/F控制参数至新平台,并升级为矢量控制算法,提升低速转矩响应与节能空间。
3. 散热系统强化改造:
更换全部散热风机为高效节能型EC风扇,风量提升30%,功耗降低40%。
优化风道设计,增加柜顶强制抽风装置,确保高温环境下(>45℃)可靠运行。
4. 保护与冗余增强:
升级快速熔断器与di/dt保护电路,提升系统抗短路冲击能力。
单元双旁路功能,保证功率单元不停机,生产连续性。
四、改造效果
1. 可靠性飞跃:
改造后连续运行2个月零故障,彻底解决过热停机问题。
关键备件通用性提升,采购周期缩短70%。
2. 节能效益显著:
实测平均运行电流下降15%,年节约电量约218万度(按年运行8000小时、电价0.65元/度计,年节省电费142万元)。
矢量控制优化风机转矩响应,降低机械冲击,年减少维护费用约20万元。
3. 智能化升级:
实时数据接入DCS,实现能耗精细化管理与预测性维护。
远程监控减少现场巡检强度,故障诊断效率提升50%。
4. 经济与环保双赢:
总投资仅为新购设备费用的35%,投资回收期<10个月。
年减排二氧化碳约1700吨,助力企业绿色生产目标。
六、总结
南京中联水泥通过对窑头排风机x门子高压变频器的精准利旧改造,以“核心升级、单元翻新、智能赋能”为路径,成功化解老旧设备淘汰风险。项目实现零故障运行、142万元/年节电收益、10个月快速回收投资的卓越成效,为水泥行业大型高压变频设备延寿与智能化改造提供了高效、经济、绿色的解决方案典范。