摘要：本文主要介紹了深圳市英威騰電氣股份有限公司研發(fā)的高壓物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案在鍋爐引風(fēng)機、一次風(fēng)機上的實際應(yīng)用情況，通過兩套鍋爐風(fēng)機工變頻運行工況的對比，可明確體現(xiàn)變頻改造后取得的較高的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器  物聯(lián)網(wǎng)  引風(fēng)機  一次風(fēng)機  施工改造  節(jié)能

1.項目背景

河南某熱電公司為企業(yè)自備電廠，擔(dān)負(fù)著向廠區(qū)生產(chǎn)裝置供電的任務(wù)。目前，熱電公司裝有2臺25MW燃煤發(fā)電機組，由兩套鍋爐提供蒸汽給汽輪機發(fā)電，每套鍋爐配有引風(fēng)機、一次風(fēng)機、二次風(fēng)機各一臺。風(fēng)機使用工頻驅(qū)動，通過入口風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量。由于系統(tǒng)設(shè)計留有余量，實際運行所需風(fēng)量低于工頻定速風(fēng)量，風(fēng)門開度在40%~60%之間，造成了能源的極大浪費。為了響應(yīng)集團節(jié)能減排、提高效率的要求，公司決定對引風(fēng)機和一次風(fēng)機進(jìn)行變頻改造。

另外，客戶還有物聯(lián)網(wǎng)需求，希望能通過手機APP或電腦網(wǎng)頁對變頻系統(tǒng)的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控。

2.應(yīng)用環(huán)境分析

2.1引風(fēng)機、一次風(fēng)機運行工藝

引風(fēng)機運行的目的是將鍋爐的煙氣抽出，維持爐膛負(fù)壓，如果爐膛負(fù)壓太小，爐膛容易向外噴粉，既影響環(huán)境衛(wèi)生，又可能危及設(shè)備和操作人員的安全，負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增大，增加了引風(fēng)機的電耗和煙氣帶來的熱量損失。因此控制引風(fēng)量大小，穩(wěn)定爐膛負(fù)壓值，對保證鍋爐安全，經(jīng)濟運行有十分重要的意義。爐膛負(fù)壓一般在-20~-40Pa；

一次風(fēng)機是鍋爐燃料輸送系統(tǒng)的主要動力來源。為保證鍋爐有良好的工況和較高的熱效率，在運行中需根據(jù)煤質(zhì)和負(fù)荷的變化及時調(diào)整一次風(fēng)量，同時根據(jù)燃料燃燒，底料流化床溫變化和料層差壓的情況合理配風(fēng)。如果配風(fēng)過低，就不能使燃料充分燃燒，時間稍長，還會有結(jié)焦的危險，風(fēng)量過大，又會使床溫降低，同樣會使燃料無法充分燃燒，排煙熱損失也相應(yīng)增大；

2.2客戶現(xiàn)場情況

客戶4臺風(fēng)機均使用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)流量，啟動方式為直接啟動；

表1：引風(fēng)機技術(shù)參數(shù)

電機額定參數(shù)		風(fēng)機額定參數(shù)
電機額定電壓	10KV	風(fēng)機額定流量	233000~319000m³/h
電機額定功率	1000KW	風(fēng)機額定壓力	8KPa
電機額定電流	71.4A	風(fēng)機額定轉(zhuǎn)速	960 r/min
電機額定轉(zhuǎn)速	1000r/min

表2：一次風(fēng)機技術(shù)參數(shù)

電機額定參數(shù)		風(fēng)機額定參數(shù)
電機額定電壓	10KV	風(fēng)機額定流量	84372~126557m³/h
電機額定功率	1000KW	風(fēng)機額定壓力	20KPa
電機額定電流	69.6A	風(fēng)機額定轉(zhuǎn)速	1450 r/min
電機額定轉(zhuǎn)速	1490r/min

表3：1#鍋爐運行參數(shù)

引風(fēng)機		一次風(fēng)機
風(fēng)門開度	55%（前側(cè)風(fēng)門擋板）	風(fēng)門開度	45%（前側(cè)風(fēng)門擋板）
運行風(fēng)壓	4250Pa	運行風(fēng)壓	9.1KPa
運行電流	46A	運行電流	38A

表4：2#鍋爐運行參數(shù)

引風(fēng)機		一次風(fēng)機
風(fēng)門開度	51%（前側(cè)風(fēng)門擋板）	風(fēng)門開度	45%（前側(cè)風(fēng)門擋板）
運行風(fēng)壓	3900Pa	運行風(fēng)壓	9KPa
運行電流	42A	運行電流	38A

2.3客戶要求

客戶要求廠家進(jìn)行項目總包，包括修建變頻器室、電氣施工、DCS系統(tǒng)改造、實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、空水冷散熱系統(tǒng)搭建，最終實現(xiàn)風(fēng)機系統(tǒng)的變頻改造。

3.改造方案

3.1土建具體方案

在原電氣室外修建一間長20米，寬5米，高4米的磚混結(jié)構(gòu)房屋，4臺變頻器為一排擺放，房屋考慮頂層承重，防水、電纜溝、空水冷裝置及門窗預(yù)留等設(shè)計因素。

圖1 變頻器室

3.2電氣傳動及施工方案

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的額定參數(shù)以及實際運行工況，再結(jié)合我司Goodrive5000變頻器在其他工程應(yīng)用情況，我司為此項目配置如下變頻器，其主要參數(shù)如下：

序號	負(fù)載設(shè)備	變頻器型號	額定容量	額定電壓	額定電流	數(shù)量	拖動方式
1	引風(fēng)機	GD5000-A1250-10-L	1250kVA	10kV	72A	2	一拖一手動
2	一次風(fēng)機	GD5000-A1250-10-L	1250kVA	10kV	72A	2	一拖一手動

我司提供的Goodrive5000系列高壓變頻器拖動控制方案，采用一拖一手動旁路切換方案，即增加工頻/變頻旁路切換柜，使系統(tǒng)既可切換到工頻運行，也可切換到變頻運行，不會造成生產(chǎn)中斷。

圖2 控制方案

一拖一手動旁路柜是由三個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2、QS3組成。手動旁路柜嚴(yán)格按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計，變頻器輸出QS2和旁路高壓隔離開關(guān)QS3機械閉鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運行。

電氣施工包含動力電纜電纜溝內(nèi)敷設(shè)（其中電機線可以利舊，降低成本）、控制電纜安裝橋架敷設(shè)、電纜頭制作及耐壓試驗，并嚴(yán)格按照以下標(biāo)準(zhǔn)組織安裝及驗收：

《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范》GB50168-92

《電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗收規(guī)范》GB50171-92

3.3空水冷系統(tǒng)方案

變頻器室內(nèi)采用彩鋼板吊頂，變頻器產(chǎn)生熱量由柜頂風(fēng)機引至彩鋼板上側(cè)，并被彩鋼板隔離成高低溫兩個區(qū)域，空水冷裝置散熱風(fēng)機通過風(fēng)道將熱氣引至換熱器內(nèi)，并通過由冷水經(jīng)過的熱管進(jìn)行換熱，形成冷風(fēng)排入變頻器室內(nèi)。

圖3 空水冷系統(tǒng)設(shè)計

3.4DCS系統(tǒng)改造

通過在原系統(tǒng)上增加模塊，變頻器與DCS之間采用硬接線的方式實現(xiàn)信號傳遞，并在上位機監(jiān)控畫面上增加變頻器的操作及運行顯示，空水冷風(fēng)機運行監(jiān)視等功能；

系統(tǒng)操作方式如下：

將手動旁路柜打到變頻狀態(tài)，變頻器上就地/遠(yuǎn)程開關(guān)切到遠(yuǎn)程，監(jiān)控畫面上將會顯示變頻遠(yuǎn)方，并隱藏工頻操作，之后合高配開關(guān)，變頻器自檢完成后發(fā)送準(zhǔn)備就緒信號至DCS，之后可以啟動變頻器，運行風(fēng)機。

圖4 系統(tǒng)操作運行畫面

3.5物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控方案

3.5.1英威騰物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由四部分組成：

●設(shè)備感知層：主要為高壓變頻器，也可以是客戶PLC或DCS系統(tǒng)；

●通信傳輸層：GPRS通信模塊；

●數(shù)據(jù)及平臺層：INVT云服務(wù)；

●應(yīng)用層：英威騰高壓物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.5.2系統(tǒng)框圖

圖5 系統(tǒng)框圖

3.5.3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特點     

●Modbus查詢地址和采集周期可設(shè)置，變化的數(shù)據(jù)上傳，不變的不傳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳省流量的機制；

●支持GPRS基站定位和GPS衛(wèi)星定位，實時精準(zhǔn)獲取設(shè)備地理位置；

●具備實時監(jiān)控功能，包括：在線狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、輸出頻率、輸出電壓、運行時間、用電量等；

●具備故障管理和推送功能，包括：歷史故障、故障管理、故障統(tǒng)計、故障訂閱等；

--歷史故障：所有故障記錄會被記錄在云端，WEB和手機APP可查詢歷史故障記錄；

--故障管理：可對所有故障的描述和故障等級進(jìn)行修改；

--故障統(tǒng)計：可根據(jù)設(shè)置的條件，如故障類型、故障發(fā)生時間等進(jìn)行統(tǒng)計，支持設(shè)備故障率及各個故障發(fā)生比例圖標(biāo)的打印/下載；

--故障訂閱：可對關(guān)注的故障進(jìn)行訂閱，所有的設(shè)備在發(fā)生被訂閱的故障時會將故障信息推送到終端；

●系統(tǒng)管理：可對不同客戶進(jìn)行權(quán)限分級管理；如：普通用戶、維保用戶、經(jīng)銷商等；

●支持終端界面及功能定制化需求；標(biāo)準(zhǔn)版電腦網(wǎng)頁監(jiān)控系統(tǒng)界面如下圖所示：

圖6 設(shè)備狀態(tài)和監(jiān)控數(shù)據(jù)界面

圖7 電量、電流和頻率數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面

圖8 手機APP監(jiān)控界面

3.5.4項目實際運行情況

●合同確定后，提供客戶網(wǎng)頁端地址及手機APP，為客戶開通賬戶及提供操作指南；

●設(shè)備安裝調(diào)試中，服務(wù)人員對客戶及終端現(xiàn)場操作人員進(jìn)行變頻器及物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)方面的培訓(xùn)。設(shè)備投運時，客戶已完全具備物聯(lián)網(wǎng)功能使用能力；

●設(shè)備投運后，客戶按照物聯(lián)網(wǎng)使用指導(dǎo)，不定期觀察變頻器運行狀態(tài)，查看變頻器運行數(shù)據(jù)；

●設(shè)備投運至今，定期進(jìn)行回訪，從客戶處反饋物聯(lián)網(wǎng)使用情況，對出現(xiàn)的問題及改進(jìn)建議進(jìn)行收集整理，后續(xù)持續(xù)優(yōu)化。

4.系統(tǒng)改造后運行效果分析

截止目前，2號鍋爐變頻系統(tǒng)已正常無故障運行281天，1號鍋爐在停機計劃前仍為工頻運行，兩套鍋爐發(fā)電負(fù)荷相同，運行數(shù)據(jù)如下：

1#鍋爐工頻運行：

設(shè)備	運行頻率	運行電流	功率
引風(fēng)機	50Hz	43A	544kw
一次風(fēng)機	50Hz	34A	470kw

2#鍋爐變頻運行：

設(shè)備	運行頻率	運行電流	功率
引風(fēng)機	42Hz	29A	490kw
一次風(fēng)機	34Hz	16A	275kw

  系統(tǒng)綜合節(jié)電率為：（544+470-490-275）/（544+470）=25%

圖9 變頻及空水冷設(shè)備運行

5.結(jié)束語

本文主要介紹了英威騰電氣股份有限公司在鞏義熱電承包高壓變頻器改造工程項目的實際情況，依托于高性能、高可靠性的Goodrive5000變頻器，結(jié)合公司團隊的精誠合作和努力，成功的完成了項目的施工以及系統(tǒng)的升級改造，給客戶帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《Goodrive5000系列變頻器產(chǎn)品說明書》深圳市英威騰電氣股份有限公司

[2] 《風(fēng)機水泵交流調(diào)速節(jié)電技術(shù)》機械工業(yè)出版社