摘要：本文主要介绍了深圳市英威腾电气股份有限公司研发的高压物联网整体解决方案在锅炉引风机、一次风机上的实际应用情况，通过两套锅炉风机工变频运行工况的对比，可明确体现变频改造后取得的较高的经济效益。

关键词：高压变频器  物联网  引风机  一次风机  施工改造  节能

1.项目背景

河南某热电公司为企业自备电厂，担负着向厂区生产装置供电的任务。目前，热电公司装有2台25MW燃煤发电机组，由两套锅炉提供蒸汽给汽轮机发电，每套锅炉配有引风机、一次风机、二次风机各一台。风机使用工频驱动，通过入口风门挡板调节风量。由于系统设计留有余量，实际运行所需风量低于工频定速风量，风门开度在40%~60%之间，造成了能源的极大浪费。为了响应集团节能减排、提高效率的要求，公司决定对引风机和一次风机进行变频改造。

另外，客户还有物联网需求，希望能通过手机APP或电脑网页对变频系统的运行状态和数据进行实时监控。

2.应用环境分析

2.1引风机、一次风机运行工艺

引风机运行的目的是将锅炉的烟气抽出，维持炉膛负压，如果炉膛负压太小，炉膛容易向外喷粉，既影响环境卫生，又可能危及设备和操作人员的安全，负压太大，炉膛漏风量增大，增加了引风机的电耗和烟气带来的热量损失。因此控制引风量大小，稳定炉膛负压值，对保证锅炉安全，经济运行有十分重要的意义。炉膛负压一般在-20~-40Pa；

一次风机是锅炉燃料输送系统的主要动力来源。为保证锅炉有良好的工况和较高的热效率，在运行中需根据煤质和负荷的变化及时调整一次风量，同时根据燃料燃烧，底料流化床温变化和料层差压的情况合理配风。如果配风过低，就不能使燃料充分燃烧，时间稍长，还会有结焦的危险，风量过大，又会使床温降低，同样会使燃料无法充分燃烧，排烟热损失也相应增大；

2.2客户现场情况

客户4台风机均使用风门挡板调节流量，启动方式为直接启动；

表1：引风机技术参数

电机额定参数		风机额定参数
电机额定电压	10KV	风机额定流量	233000~319000m³/h
电机额定功率	1000KW	风机额定压力	8KPa
电机额定电流	71.4A	风机额定转速	960 r/min
电机额定转速	1000r/min

表2：一次风机技术参数

电机额定参数		风机额定参数
电机额定电压	10KV	风机额定流量	84372~126557m³/h
电机额定功率	1000KW	风机额定压力	20KPa
电机额定电流	69.6A	风机额定转速	1450 r/min
电机额定转速	1490r/min

表3：1#锅炉运行参数

引风机		一次风机
风门开度	55%（前侧风门挡板）	风门开度	45%（前侧风门挡板）
运行风压	4250Pa	运行风压	9.1KPa
运行电流	46A	运行电流	38A

表4：2#锅炉运行参数

引风机		一次风机
风门开度	51%（前侧风门挡板）	风门开度	45%（前侧风门挡板）
运行风压	3900Pa	运行风压	9KPa
运行电流	42A	运行电流	38A

2.3客户要求

客户要求厂家进行项目总包，包括修建变频器室、电气施工、DCS系统改造、实现物联网监控系统、空水冷散热系统搭建，最终实现风机系统的变频改造。

3.改造方案

3.1土建具体方案

在原电气室外修建一间长20米，宽5米，高4米的砖混结构房屋，4台变频器为一排摆放，房屋考虑顶层承重，防水、电缆沟、空水冷装置及门窗预留等设计因素。

图1 变频器室

3.2电气传动及施工方案

根据现场设备的额定参数以及实际运行工况，再结合我司Goodrive5000变频器在其他工程应用情况，我司为此项目配置如下变频器，其主要参数如下：

序号	负载设备	变频器型号	额定容量	额定电压	额定电流	数量	拖动方式
1	引风机	GD5000-A1250-10-L	1250kVA	10kV	72A	2	一拖一手动
2	一次风机	GD5000-A1250-10-L	1250kVA	10kV	72A	2	一拖一手动

我司提供的Goodrive5000系列高压变频器拖动控制方案，采用一拖一手动旁路切换方案，即增加工频/变频旁路切换柜，使系统既可切换到工频运行，也可切换到变频运行，不会造成生产中断。

图2 控制方案

一拖一手动旁路柜是由三个高压隔离开关QS1、QS2、QS3组成。手动旁路柜严格按照“五防”联锁要求设计，变频器输出QS2和旁路高压隔离开关QS3机械闭锁，完全能够保证变频调速系统安全运行。

电气施工包含动力电缆电缆沟内敷设（其中电机线可以利旧，降低成本）、控制电缆安装桥架敷设、电缆头制作及耐压试验，并严格按照以下标准组织安装及验收：

《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-92

《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》GB50171-92

3.3空水冷系统方案

变频器室内采用彩钢板吊顶，变频器产生热量由柜顶风机引至彩钢板上侧，并被彩钢板隔离成高低温两个区域，空水冷装置散热风机通过风道将热气引至换热器内，并通过由冷水经过的热管进行换热，形成冷风排入变频器室内。

图3 空水冷系统设计

3.4DCS系统改造

通过在原系统上增加模块，变频器与DCS之间采用硬接线的方式实现信号传递，并在上位机监控画面上增加变频器的操作及运行显示，空水冷风机运行监视等功能；

系统操作方式如下：

将手动旁路柜打到变频状态，变频器上就地/远程开关切到远程，监控画面上将会显示变频远方，并隐藏工频操作，之后合高配开关，变频器自检完成后发送准备就绪信号至DCS，之后可以启动变频器，运行风机。

图4 系统操作运行画面

3.5物联网监控方案

3.5.1英威腾物联网系统主要由四部分组成：

●设备感知层：主要为高压变频器，也可以是客户PLC或DCS系统；

●通信传输层：GPRS通信模块；

●数据及平台层：INVT云服务；

●应用层：英威腾高压物联网监控系统。

3.5.2系统框图

图5 系统框图

3.5.3物联网应用特点     

●Modbus查询地址和采集周期可设置，变化的数据上传，不变的不传，实现数据上传省流量的机制；

●支持GPRS基站定位和GPS卫星定位，实时精准获取设备地理位置；

●具备实时监控功能，包括：在线状态、设备状态、输出频率、输出电压、运行时间、用电量等；

●具备故障管理和推送功能，包括：历史故障、故障管理、故障统计、故障订阅等；

--历史故障：所有故障记录会被记录在云端，WEB和手机APP可查询历史故障记录；

--故障管理：可对所有故障的描述和故障等级进行修改；

--故障统计：可根据设置的条件，如故障类型、故障发生时间等进行统计，支持设备故障率及各个故障发生比例图标的打印/下载；

--故障订阅：可对关注的故障进行订阅，所有的设备在发生被订阅的故障时会将故障信息推送到终端；

●系统管理：可对不同客户进行权限分级管理；如：普通用户、维保用户、经销商等；

●支持终端界面及功能定制化需求；标准版电脑网页监控系统界面如下图所示：

图6 设备状态和监控数据界面

图7 电量、电流和频率数据统计界面

图8 手机APP监控界面

3.5.4项目实际运行情况

●合同确定后，提供客户网页端地址及手机APP，为客户开通账户及提供操作指南；

●设备安装调试中，服务人员对客户及终端现场操作人员进行变频器及物联网相关方面的培训。设备投运时，客户已完全具备物联网功能使用能力；

●设备投运后，客户按照物联网使用指导，不定期观察变频器运行状态，查看变频器运行数据；

●设备投运至今，定期进行回访，从客户处反馈物联网使用情况，对出现的问题及改进建议进行收集整理，后续持续优化。

4.系统改造后运行效果分析

截止目前，2号锅炉变频系统已正常无故障运行281天，1号锅炉在停机计划前仍为工频运行，两套锅炉发电负荷相同，运行数据如下：

1#锅炉工频运行：

设备	运行频率	运行电流	功率
引风机	50Hz	43A	544kw
一次风机	50Hz	34A	470kw

2#锅炉变频运行：

设备	运行频率	运行电流	功率
引风机	42Hz	29A	490kw
一次风机	34Hz	16A	275kw

  系统综合节电率为：（544+470-490-275）/（544+470）=25%

图9 变频及空水冷设备运行

5.结束语

本文主要介绍了英威腾电气股份有限公司在巩义热电承包高压变频器改造工程项目的实际情况，依托于高性能、高可靠性的Goodrive5000变频器，结合公司团队的精诚合作和努力，成功的完成了项目的施工以及系统的升级改造，给客户带来了可观的经济效益。

参考文献：

[1] 《Goodrive5000系列变频器产品说明书》深圳市英威腾电气股份有限公司

[2] 《风机水泵交流调速节电技术》机械工业出版社