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的高壓物聯網整體解決方案在鍋爐引風機、一次風機上的實際應用情況，通過兩套鍋爐風機工變頻運行工況的對比，可明確體現變頻改造后取得的較高的經濟效益。
關鍵詞：高壓變頻器 物聯網 引風機 一次風機 施工改造 節能
1.項目背景
河南某熱電公司為企業自備電廠，擔負著向廠區生產裝置供電的任務。目前，熱電公司裝有2臺25MW燃煤發電機組，由兩套鍋爐提供蒸汽給汽輪機發電，每套鍋爐配有引風機、一次風機、二次風機各一臺。風機使用工頻驅動，通過入口風門擋板調節風量。由于系統設計留有余量，實際運行所需風量低于工頻定速風量，風門開度在40%~60%之間，造成了能源的極大浪費。為了響應集團節能減排、提高效率的要求，公司決定對引風機和一次風機進行變頻改造。
另外，客戶還有物聯網需求，希望能通過手機APP或電腦網頁對變頻系統的運行狀態和數據進行實時監控。2.應用環境分析
2.1引風機、一次風機運行工藝
引風機運行的目的是將鍋爐的煙氣抽出，維持爐膛負壓，如果爐膛負壓太小，爐膛容易向外噴粉，既影響環境衛生，又可能危及設備和操作人員的安全，負壓太大，爐膛漏風量增大，增加了引風機的電耗和煙氣帶來的熱量損失。因此控制引風量大小，穩定爐膛負壓值，對保證鍋爐安全，經濟運行有十分重要的意義。爐膛負壓一般在-20~-40Pa；
一次風機是鍋爐燃料輸送系統的主要動力來源。為保證鍋爐有良好的工況和較高的熱效率，在運行中需根據煤質和負荷的變化及時調整一次風量，同時根據燃料燃燒，底料流化床溫變化和料層差壓的情況合理配風。如果配風過低，就不能使燃料充分燃燒，時間稍長，還會有結焦的危險，風量過大，又會使床溫降低，同樣會使燃料無法充分燃燒，排煙熱損失也相應增大；
2.2客戶現場情況
客戶4臺風機均使用風門擋板調節流量，啟動方式為直接啟動；表1：引風機技術參數
電機額定參數 風機額定參數 電機額定電壓 10KV 風機額定流量 233000~319000m3/h 電機額定功率 1000KW 風機額定壓力 8KPa 電機額定電流 71.4A 風機額定轉速 960 r/min 電機額定轉速 1000r/min 表2：一次風機技術參數
電機額定參數 風機額定參數 電機額定電壓 10KV 風機額定流量 84372~126557m3/h 電機額定功率 1000KW 風機額定壓力 20KPa 電機額定電流 69.6A 風機額定轉速 1450 r/min 電機額定轉速 1490r/min 表3：1#鍋爐運行參數
引風機 一次風機 風門開度 55%（前側風門擋板） 風門開度 45%（前側風門擋板） 運行風壓 4250Pa 運行風壓 9.1KPa 運行電流 46A 運行電流 38A 表4：2#鍋爐運行參數
引風機 一次風機 風門開度 51%（前側風門擋板） 風門開度 45%（前側風門擋板） 運行風壓 3900Pa 運行風壓 9KPa 運行電流 42A 運行電流 38A 2.3客戶要求
客戶要求廠家進行項目總包，包括修建變頻器室、電氣施工、DCS系統改造、實現物聯網監控系統、空水冷散熱系統搭建，最終實現風機系統的變頻改造。
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米的磚混結構房屋，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留等設計因素。
圖1 變頻器室
3.2電氣傳動及施工方案
根據現場設備的額定參數以及實際運行工況，再結合我司Goodrive5000變頻器在其他工程應用情況，我司為此項目配置如下變頻器，其主要參數如下：
序號 負載設備 變頻器型號 額定容量 額定電壓 額定電流 數量 拖動方式 1 引風機 GD5000-A1250-10-L 1250kVA 10kV 72A 2 一拖一手動 2 一次風機 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，使系統既可切換到工頻運行，也可切換到變頻運行，不會造成生產中斷。
圖2 控制方案
一拖一手動旁路柜是由三個高壓隔離開關QS1、QS2、QS3組成。手動旁路柜嚴格按照“五防”聯鎖要求設計，變頻器輸出QS2和旁路高壓隔離開關QS3機械閉鎖，完全能夠保證變頻調速系統安全運行。
電氣施工包含動力電纜電纜溝內敷設（其中電機線可以利舊，降低成本）、控制電纜安裝橋架敷設、電纜頭制作及耐壓試驗，并嚴格按照以下標準組織安裝及驗收：
《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范》GB50171-923.3空水冷系統方案
變頻器室內采用彩鋼板吊頂，變頻器產生熱量由柜頂風機引至彩鋼板上側，并被彩鋼板隔離成高低溫兩個區域，空水冷裝置散熱風機通過風道將熱氣引至換熱器內，并通過由冷水經過的熱管進行換熱，形成冷風排入變頻器室內。
圖3 空水冷系統設計
3.4DCS系統改造
通過在原系統上增加模塊，變頻器與DCS之間采用硬接線的方式實現信號傳遞，并在上位機監控畫面上增加變頻器的操作及運行顯示，空水冷風機運行監視等功能；
系統操作方式如下：
將手動旁路柜打到變頻狀態，變頻器上就地/遠程開關切到遠程，監控畫面上將會顯示變頻遠方，并隱藏工頻操作，之后合高配開關，變頻器自檢完成后發送準備就緒信號至DCS，之后可以啟動變頻器，運行風機。
圖4 系統操作運行畫面
3.5物聯網監控方案
3.5.1英威騰物聯網系統主要由四部分組成：●設備感知層：主要為高壓變頻器，也可以是客戶PLC或DCS系統；
●通信傳輸層：GPRS通信模塊；
●數據及平臺層：INVT云服務；
●應用層：英威騰高壓物聯網監控系統。3.5.2系統框圖
圖5 系統框圖
3.5.3物聯網應用特點
●Modbus查詢地址和采集周期可設置，變化的數據上傳，不變的不傳，實現數據上傳省流量的機制；
●支持GPRS基站定位和GPS衛星定位，實時精準獲取設備地理位置；
●具備實時監控功能，包括：在線狀態、設備狀態、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行修改；
--故障統計：可根據設置的條件，如故障類型、故障發生時間等進行統計，支持設備故障率及各個故障發生比例圖標的打印/下載；
--故障訂閱：可對關注的故障進行訂閱，所有的設備在發生被訂閱的故障時會將故障信息推送到終端；
●系統管理：可對不同客戶進行權限分級管理；如：普通用戶、維保用戶、經銷商等；
●支持終端界面及功能定制化需求；標準版電腦網頁監控系統界面如下圖所示：
圖6 設備狀態和監控數據界面
圖7 電量、電流和頻率數據統計界面
圖8 手機APP監控界面
3.5.4項目實際運行情況
●合同確定后，提供客戶網頁端地址及手機APP，為客戶開通賬戶及提供操作指南；
●設備安裝調試中，服務人員對客戶及終端現場操作人員進行變頻器及物聯網相關方面的培訓。設備投運時，客戶已完全具備物聯網功能使用能力；
●設備投運后，客戶按照物聯網使用指導，不定期觀察變頻器運行狀態，查看變頻器運行數據；
●設備投運至今，定期進行回訪，從客戶處反饋物聯網使用情況，對出現的問題及改進建議進行收集整理，后續持續優化。4.系統改造后運行效果分析
截止目前，2號鍋爐變頻系統已正常無故障運行281天，1號鍋爐在停機計劃前仍為工頻運行，兩套鍋爐發電負荷相同，運行數據如下：
1#鍋爐工頻運行：2#鍋爐變頻運行：
設備 運行頻率 運行電流 功率 引風機 50Hz 43A 544kw 一次風機 50Hz 34A 470kw
設備 運行頻率 運行電流 功率 引風機 42Hz 29A 490kw 一次風機 34Hz 16A 275kw 系統綜合節電率為：（544+470-490-275）/（544+470）=25%
圖9 變頻及空水冷設備運行
5.結束語
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的升級改造，給客戶帶來了可觀的經濟效益。
參考文獻：
[1] 《Goodrive5000系列變頻器產品說明書》深圳市英威騰電氣股份有限公司
[2] 《風機水泵交流調速節電技術》機械工業出版社
