摘  要：本文介紹了英威騰GD5000高壓變頻器在晉煤集團(tuán)旗下企業(yè)上的應(yīng)用，并結(jié)合項(xiàng)目的具體情況，闡述了項(xiàng)目建設(shè)期間遇到的問題和相應(yīng)的解決方案，同時(shí)對(duì)高壓變頻器的節(jié)能效果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞： 英威騰  高壓變頻器  風(fēng)機(jī)  節(jié)能

Abstract: This article introduces the applications of the invt GD5000 high-voltage inverter in the JinMei Group subsidiary enterprise.Combined with the specific circumstances of the project , details the problem encountered during the project construction and the appropriate solutions ,at the same time, the Energy-saving effect of high-voltage inverter are analyzesed.

Keywords： invt  high-voltage inverter  fan  energy-saving

1.引言

風(fēng)機(jī)，水泵作為工業(yè)企業(yè)中的重要輔助設(shè)備，功率大，能耗高，在整個(gè)企業(yè)的能源消耗中占有相當(dāng)大的比例。目前，隨著能源供應(yīng)日趨緊張，環(huán)境破壞日趨嚴(yán)重，節(jié)能減排已成為我國(guó)的基本國(guó)策，各企業(yè)必須通過各種途徑降低能耗，改善工藝，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率，因此高壓變頻器進(jìn)行節(jié)能改造對(duì)于工業(yè)企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有著尤為重要的意義。

2.項(xiàng)目概況

    晉煤集團(tuán)是全中國(guó)最大的煤化工企業(yè)集團(tuán)，2013年位列世界企業(yè)500強(qiáng)第435位，中國(guó)企業(yè)500強(qiáng)第79位，中國(guó)企業(yè)效益200佳第132位，實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入2000億元以上。作為晉煤集團(tuán)旗下的一個(gè)全資子公司，河南晉煤天慶煤化工有限責(zé)任公司是河南省煤化行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展企業(yè)之一，公司主營(yíng)業(yè)務(wù)為液氮、尿素、煤制燃?xì)獾然驶ぎa(chǎn)品。

2013年該企業(yè)投建一套現(xiàn)代化尿素生產(chǎn)裝置，新建項(xiàng)目中裝配了4組鍋爐系統(tǒng)，其中2組用來發(fā)電，另外2組產(chǎn)生蒸汽作為尿素生產(chǎn)的原料，每組鍋爐均配置2臺(tái)引風(fēng)機(jī)，共8臺(tái)，電機(jī)容量為10kV/800kW，鍋爐給水泵電機(jī)容量為10kV/1600kW。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，該公司經(jīng)多方實(shí)地考察調(diào)研，最終選擇了我司GD5000高壓變頻器進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)。

3.方案分析

眾所周知，在鍋爐系統(tǒng)中，引風(fēng)機(jī)和給水泵是非常關(guān)鍵的輔助設(shè)備，運(yùn)行過程中稍有問題就會(huì)引起鍋爐系統(tǒng)無(wú)法正常工作，影響生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)可能造成鍋爐等相關(guān)設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞,給企業(yè)帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，而且煤化工企業(yè)生產(chǎn)連續(xù)性較強(qiáng)，除了檢修期間，一般不允許停機(jī)，因此,對(duì)高壓變頻器的性能有較高的要求。

為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，我司產(chǎn)品的核心器件（如：直流母線電容，IGBT，ARM，DSP，F(xiàn)PGA等）均采用了國(guó)外知名品牌，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，經(jīng)過與客戶技術(shù)人員多次溝通，現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)變頻器采用一拖一手動(dòng)旁路柜方案，以做工頻備用，而且變頻系統(tǒng)通過硬連接的方式與用戶DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備集中化管理與監(jiān)控。變頻器選型如下表所示：

由于變頻器數(shù)量較多，而且客戶現(xiàn)場(chǎng)變頻器室空間有限，熱量不容易散發(fā)，正常情況下室內(nèi)需要裝配空調(diào)進(jìn)行冷卻。一般情況下，變頻器大約4%的能量以熱量的形式耗散，則9臺(tái)機(jī)器總散熱功率為320kW，在不考慮其它因素的情況下，需要總功率約為128匹的空調(diào)（1匹空調(diào)的制冷量大約為2.5kW)，每年按運(yùn)行300天來算，則產(chǎn)生的電費(fèi)為677376元，由此產(chǎn)生的電費(fèi)是一筆不小的數(shù)目。為了給客戶節(jié)省成本，我司技術(shù)人員經(jīng)過多次實(shí)地考察和周密的分析計(jì)算，決定采用風(fēng)道式散熱方式，即將變頻器產(chǎn)生的熱風(fēng)通過風(fēng)道直接排到室外，這樣可節(jié)省空調(diào)設(shè)備、電費(fèi)等一系列的開支。另外，進(jìn)風(fēng)孔還加裝過濾網(wǎng)，做了防塵處理。實(shí)踐證明，此種冷卻方式既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)，維護(hù)也方便，完全滿足客戶要求。

4.GD5000產(chǎn)品介紹

    深圳市英威騰電氣股份有限公司的GD5000系列高壓變頻器由變壓器柜、功率單元柜和控制柜三個(gè)部分組成，系統(tǒng)采用了當(dāng)前最主流成熟的功率單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)采用DSP+ARM+FPGA三核技術(shù)，集成了最為先進(jìn)的矢量控制算法，同時(shí)兼容高性能VF控制方式，主要具有以下的應(yīng)用特點(diǎn)： 

輸入輸出“完美無(wú)諧波”

GD5000系列高壓變頻器設(shè)計(jì)時(shí)遵循了最嚴(yán)格的電壓、電流諧波畸變標(biāo)準(zhǔn)IEEE 519 1992，輸入側(cè)通過移相變壓器進(jìn)行多脈沖整流(10kV為48脈沖)，網(wǎng)側(cè)電流諧波小，其THD≤2%；輸出采用了多重化PWM技術(shù)，輸出為近乎完美的正弦波，無(wú)需加裝輸出濾波器，電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，輸出dV/dt和共模電壓小，對(duì)電動(dòng)機(jī)無(wú)應(yīng)力損害，其輸出電流THD≤2%。

高功率因素與高效率 

GD5000高壓變頻器在滿載情況下，系統(tǒng)在沒有使用任何外部功率因素補(bǔ)償裝置的情況下，功率因素≥0.97；整機(jī)效率≥0.96。

LVRT低電壓穿越技術(shù)

GD5000系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有AVR(電壓自動(dòng)調(diào)節(jié))功能，在母線電壓頻繁波動(dòng)的場(chǎng)合，系統(tǒng)輸出穩(wěn)定。電網(wǎng)電壓在-15% ~ +20%之間波動(dòng)，系統(tǒng)仍能滿載輸出；電網(wǎng)電壓在-50% ~-15%之間波動(dòng)，系統(tǒng)不停機(jī)，降額運(yùn)行。

系統(tǒng)運(yùn)行過程中，在設(shè)置的時(shí)間內(nèi)(0~5s可設(shè)置)掉電，系統(tǒng)不停機(jī)，而且電網(wǎng)恢復(fù)正常后能自行啟動(dòng)，避免了系統(tǒng)電源瞬間掉電時(shí)因停機(jī)造成的影響。

全頻段轉(zhuǎn)速追蹤

GD5000系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在無(wú)速度傳感器的情況下能精準(zhǔn)追蹤電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速與方向，可輕松實(shí)現(xiàn)飛車啟動(dòng)。

強(qiáng)大的過載能力

GD5000系列高壓變頻器在選擇器件時(shí)留有充足的裕量，在120%額定電流的情況下可持續(xù)運(yùn)行2分鐘，150%額定電流持續(xù)5s，200%額定電流則立即保護(hù)。

加減速自適應(yīng)功能

GD5000系列變頻器具有優(yōu)異的“防失速”功能，當(dāng)加減速時(shí)間設(shè)置不合理時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)不會(huì)因加減速時(shí)間設(shè)置過短而使系統(tǒng)產(chǎn)生過壓過流導(dǎo)致停機(jī)的現(xiàn)象發(fā)生。

頻率跳躍功能

GD5000系列變頻器具有2組(可定制)共振點(diǎn)頻率跳躍功能，可避免設(shè)備喘振現(xiàn)象。當(dāng)變頻器某個(gè)輸出頻率點(diǎn)使整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生共振時(shí)，變頻器可以設(shè)定跳躍過此頻率，防止共振對(duì)設(shè)備的危害。

多種單元旁路技術(shù)

GD5000系列變頻器功率單元在發(fā)生故障時(shí)可手動(dòng)或自動(dòng)旁路，旁路技術(shù)有同級(jí)旁路和中性點(diǎn)偏移旁路兩種。故障單元旁路時(shí)，可利用功率單元內(nèi)部模塊旁路(電子式旁路)，亦可利用外部接觸器旁路(機(jī)械式旁路)。

豐富的用戶端子接口

GD5000系列高壓變頻器提供16路數(shù)字量輸入，20路繼電器輸出，3路模擬量輸入，4路模擬量輸出，1路高速脈沖輸入，1路高速脈沖輸出端子，每個(gè)端子的功能都可以使用功能碼進(jìn)行設(shè)定。

豐富的總線接口

GD5000系列高壓變頻器支持Modbus，Profibus(選配)，UDP/IP(選配)協(xié)議，方便與用戶DCS系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)設(shè)備集中化監(jiān)控和管理。

支持遠(yuǎn)程/就地操作

GD5000系列高壓變頻器支持兩種操作方式：就地和遠(yuǎn)程。就地狀態(tài)下，可通過控制面板上的觸摸屏對(duì)變頻器進(jìn)行操作；遠(yuǎn)程狀態(tài)下，可通過用戶多功能端子或者現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)變頻器進(jìn)行設(shè)置和監(jiān)控。

完善的保護(hù)功能

GD5000系列高壓變頻器具有完善的保護(hù)功能。部分保護(hù)功能如下：接地保護(hù)，短路保護(hù)，過載保護(hù)，過流保護(hù)，過壓保護(hù)，欠壓保護(hù)，過熱保護(hù)，缺相保護(hù)，光纖故障保護(hù)等。發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光警報(bào)，人機(jī)界面會(huì)顯示故障類型以及確切的位置，同時(shí)變頻器會(huì)根據(jù)用戶的設(shè)置進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，如當(dāng)發(fā)生重故障時(shí)，系統(tǒng)停機(jī)并聯(lián)跳輸入側(cè)高壓開關(guān)。

友好的人機(jī)交互界面

GD5000系列高壓變頻器具有友好、快捷的中文操作界面，軟件完全自主開發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)；界面顯示內(nèi)容豐富且直觀形象，可操作性強(qiáng)，能夠?qū)崟r(shí)顯示系統(tǒng)狀態(tài)變量，具有故障信息查詢、運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄、變頻器參數(shù)查詢及設(shè)置等功能。

5.效益分析

    根據(jù)變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)分析得知，引風(fēng)機(jī)和給水泵節(jié)電率至少達(dá)到26%，9臺(tái)電機(jī)總功率為8000kW，按每年運(yùn)行300天計(jì)算，可節(jié)約電能至少為14976000度，當(dāng)?shù)仄髽I(yè)用電電價(jià)取0.6元，則年節(jié)電費(fèi)用高達(dá)8985600元。

    從數(shù)據(jù)分析可以看出，使用變頻器后，不僅在節(jié)能方面給企業(yè)帶來巨大的效益，而且對(duì)尿素的生產(chǎn)工藝有了明顯的改善，如無(wú)啟動(dòng)沖擊電流，自動(dòng)化程度高，設(shè)備維護(hù)周期長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本降低等。

6.結(jié)束語(yǔ)

晉煤天慶尿素生產(chǎn)線投運(yùn)以來，我司變頻器運(yùn)行情況良好，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，得到了客戶和現(xiàn)場(chǎng)操作人員的一致好評(píng)和認(rèn)可。此次英威騰GD5000高壓變頻器在煤化企業(yè)中的成功運(yùn)用，不僅幫客戶解決了“高能耗，低效率”的問題，而且為我司在該行業(yè)內(nèi)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)還增強(qiáng)了廣大客戶對(duì)我司產(chǎn)品的信心。