高壓變頻器在煤礦主通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2019-07-12 09:41:28來(lái)源：
關(guān)鍵詞：高壓變頻器 煤礦 主通風(fēng)機(jī) 節(jié)能
Abstract: This paper describes the application of the FengGuang high voltage inverter in Shandong's Weishan Cui Zhuang coal mine fan, and transformation of energy were calculated. The result shows that the high frequency of using coal energy-saving fan speed control device, with good economic and social benefits.
Key words: High voltage inverter Coal mine Main fan Energy-saving
1 概述
被譽(yù)為“中國(guó)荷都、北方水鄉(xiāng)和鐵道游擊隊(duì)故鄉(xiāng)”的微山縣位于山東省南部，因地處微山湖故名?？谷諔?zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，以微山湖為根據(jù)地的 “微湖大隊(duì)”、“運(yùn)河支隊(duì)”、“鐵道游擊隊(duì)”等革命武裝，創(chuàng)造了許多可歌可泣的英雄業(yè)績(jī)，一曲《彈起我心愛(ài)的土琵琶》唱響大江南北。
微山崔莊煤礦有限責(zé)任公司是一家縣屬地方國(guó)有企業(yè)。該公司井田面積為12.6平方公里，地質(zhì)儲(chǔ)量1.36億噸。資產(chǎn)總額16億多元，員工3500多人，2010年銷(xiāo)售收入11.5億元，實(shí)現(xiàn)利稅5億元，利潤(rùn)3.5億元，經(jīng)濟(jì)效益、全員工效、安全生產(chǎn)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均名列山東省地方煤礦前列。
2 現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)介
崔莊煤礦位于山東省濟(jì)寧市微山縣，崔莊礦通風(fēng)系統(tǒng)配置兩臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)，一用一備，每臺(tái)風(fēng)機(jī)配置355kW/6kV高壓異步電機(jī)。礦井主通風(fēng)機(jī)用于向井下提供新鮮風(fēng)流、排除污濁空氣和有害氣體，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)影響重大。礦井主通風(fēng)機(jī)全年不停地運(yùn)行，其電耗量較大。礦井所需的風(fēng)量通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)擋板或葉片角度來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)反風(fēng)及開(kāi)采后期運(yùn)行工況要求，所設(shè)計(jì)的通風(fēng)機(jī)及拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的功率，遠(yuǎn)大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運(yùn)行功率。風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上余量特別大，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間風(fēng)機(jī)一直處在較輕負(fù)載下運(yùn)行，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中存在著較為嚴(yán)重的大馬拉小車(chē)現(xiàn)象，能源浪費(fèi)非常突出?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如圖1所示：
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)圖
3礦用通風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速改造的必要性
在煤礦生產(chǎn)中，所需風(fēng)量風(fēng)壓在不同階段有不同的要求，為滿足生產(chǎn)要求，煤礦通常采用以下幾種方法調(diào)節(jié)：
(1) 閘門(mén)調(diào)節(jié)；
(2) 改變通風(fēng)機(jī)速度；
(3)改變前導(dǎo)器葉片角度；
(4) 軸流式通風(fēng)機(jī)改變動(dòng)葉安裝角；
(5) 離心式通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)尾翼擺角；
(6)軸流式通風(fēng)機(jī)改變動(dòng)葉數(shù)目；
(7)軸流式通風(fēng)機(jī)改變靜葉角度。
其中以閘門(mén)調(diào)節(jié)效率比較差，它是人為地改變阻力曲線，增加風(fēng)阻，越調(diào)節(jié)性能就越惡化；前導(dǎo)器調(diào)節(jié)和尾翼擺角調(diào)節(jié)效率比閘門(mén)要高；改變動(dòng)葉安裝角和動(dòng)葉數(shù)目，可改變風(fēng)機(jī)的特性曲線，使風(fēng)機(jī)在較大范圍內(nèi)以較高的效率運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。改變通風(fēng)機(jī)速度，使其在比較佳工況點(diǎn)運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)在比較大的范圍內(nèi)以比較高的效率運(yùn)行，節(jié)能效果好。
如果采用高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)，通過(guò)改變頻率，調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，直至滿足礦井通風(fēng)需要。一旦高壓變頻器出現(xiàn)故障，短時(shí)間內(nèi)可切換到工頻運(yùn)行，不影響礦井通風(fēng)。通過(guò)高壓變頻器，風(fēng)機(jī)可以根據(jù)礦井通風(fēng)需要實(shí)時(shí)調(diào)速運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)始終運(yùn)行在高效區(qū)。高壓變頻調(diào)速技術(shù)在礦井大功率通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，具有其應(yīng)用的特殊性，通風(fēng)機(jī)停機(jī)10分鐘即為重大事故，因此對(duì)變頻器的可靠性及系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)要求很高。
為了降低通風(fēng)機(jī)消耗，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，礦領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過(guò)論證，比較后決定選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-400F高壓變頻器對(duì)礦主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。2010年4月，高壓變頻器在礦通風(fēng)井投入運(yùn)行，改造達(dá)到了預(yù)期目的。
4風(fēng)光牌JD-BP37-400F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)
山東新風(fēng)光電子公司是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器榮獲“中國(guó)名牌”稱號(hào)，高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEE519-1992的諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機(jī)。
JD-BP37-400F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)
5改造主回路控制方案
風(fēng)光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進(jìn)線柜（旁路柜）、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護(hù)過(guò)程中或變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，將電機(jī)投入到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，保證生產(chǎn)不受影響。變頻運(yùn)行時(shí)，變頻器為電機(jī)提供全面的保護(hù)。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖2所示。
DL：用戶高壓斷路器
K1、K2、K3：高壓變頻器內(nèi)置高壓隔離開(kāi)關(guān)
BPQ：JD-BP37-400F高壓變頻器
D：355kW/6kV異步電動(dòng)機(jī)
手動(dòng)旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K3閉合，K2斷開(kāi)時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)K1、K3斷開(kāi)，K2閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。
旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器DL連鎖， DL合閘時(shí)，絕對(duì)不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻輸出隔離開(kāi)關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全?，F(xiàn)場(chǎng)高壓變頻器運(yùn)行如圖3所示。
6 通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)變頻改造效果
通風(fēng)機(jī)屬于煤礦輔機(jī)設(shè)備中的高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨負(fù)荷變化而變化，只有通過(guò)改變風(fēng)葉的角度和風(fēng)門(mén)來(lái)調(diào)整風(fēng)壓和風(fēng)量，造成很大部分能量消耗在節(jié)流損失中。針對(duì)以上能源浪費(fèi)的現(xiàn)象，采用高壓變頻技術(shù)對(duì)煤礦通風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，是煤礦節(jié)能降耗提高通風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率的有效途徑。
6.1通風(fēng)機(jī)變頻改造情況介紹
崔莊礦是一個(gè)新建礦井，生產(chǎn)后期風(fēng)阻較大，所以根據(jù)礦通風(fēng)部門(mén)提供的數(shù)據(jù)，風(fēng)機(jī)按照容易期風(fēng)量82.5m3/s、風(fēng)壓1764Pa，困難期83 m3/s、風(fēng)壓2646Pa設(shè)計(jì)。風(fēng)機(jī)采用兩臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)，互為備用。通風(fēng)機(jī)為2K58-NO.24軸流式通風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為743r/min。配備電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y450-8，額定功率355kW，額定電壓為6000V，額定電流為45.7A，額定轉(zhuǎn)速743 r/min。通風(fēng)機(jī)特性曲線
由于建礦時(shí)間短，實(shí)際需要風(fēng)量較小，投入運(yùn)行后通過(guò)調(diào)整風(fēng)葉角度在32.50運(yùn)行，經(jīng)礦測(cè)試中心測(cè)量，風(fēng)門(mén)開(kāi)度2m, 風(fēng)機(jī)葉角度32.50，風(fēng)機(jī)風(fēng)量85 m3/s，風(fēng)機(jī)負(fù)壓1750Pa，電機(jī)電流43A，電動(dòng)機(jī)工況功率344kW。風(fēng)機(jī)在全速運(yùn)行時(shí)工作在低效區(qū)內(nèi)。針對(duì)礦井實(shí)際的通風(fēng)需求，采用調(diào)節(jié)風(fēng)葉角度和風(fēng)門(mén)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量、風(fēng)壓的調(diào)整，存在電能?chē)?yán)重浪費(fèi)。
根據(jù)上述情況，根據(jù)風(fēng)機(jī)廠家提供的技術(shù)參數(shù)和圖紙，獲得風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性。根據(jù)廠家提供的風(fēng)機(jī)特性曲線圖，制定風(fēng)機(jī)預(yù)計(jì)工礦點(diǎn)。當(dāng)改變風(fēng)機(jī)葉角度到400，同時(shí)降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速到654r/min，通風(fēng)機(jī)此時(shí)工作在特性曲線高效區(qū)。測(cè)量變頻運(yùn)行后數(shù)據(jù)：變頻器輸入電流24A，運(yùn)行頻率44Hz，功率因數(shù)0.975，負(fù)壓1700Pa，風(fēng)量約82.5m3/s，實(shí)際測(cè)量風(fēng)機(jī)效率達(dá)到81%。完全符合現(xiàn)在生產(chǎn)需要。
同時(shí)為防止變頻器發(fā)生重大故障，設(shè)計(jì)了工頻旁路電路，在重大故障時(shí)系統(tǒng)可將風(fēng)機(jī)投入工頻運(yùn)行，以確保生產(chǎn)的連續(xù)性，避免了因通風(fēng)影響煤礦生產(chǎn)。
6.2 采用變頻后通風(fēng)機(jī)的節(jié)能效益
根據(jù)上述，改造后風(fēng)機(jī)效率為81% ，經(jīng)測(cè)量變頻后功率因數(shù)
變頻時(shí)，電動(dòng)機(jī)消耗功率為：
P2=1.732×6×24×0.975=243.17kW 。
工頻時(shí)，電動(dòng)機(jī)消耗功率為：P1=344kW。
一天按24小時(shí)運(yùn)行，一年按300天計(jì)算，采用變頻技術(shù)后通風(fēng)機(jī)節(jié)約電量計(jì)算如下：
年節(jié)電：（P1- P2）×24×300 =（344-243.17）×24×300=725976 (kW•h)。
每kW•h按0.6元計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)為：
(725976×0.6)/10000=43.56萬(wàn)元。
估算采用變頻技術(shù)后供電線路節(jié)省消耗：
通過(guò)公式計(jì)算工頻時(shí)線路功率因數(shù)：
式中： ——功率因數(shù)提高前、后的電流
——變頻改造前功率因數(shù)
——變頻改造后功率因數(shù)
——變頻改造前供電功率
——變頻改造后供電功率
變頻運(yùn)行比工頻運(yùn)行供電線路每小時(shí)減少的無(wú)功功率：
年節(jié)省線路無(wú)功功率傳輸為229.67×24×300=1653624kvar。
按線路損失5%，每度電費(fèi)按0.6元計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)為：
1653624×5%×0.6=4.96萬(wàn)元。
總計(jì)節(jié)約電量：43.56+4.96=48.52萬(wàn)元。
6.3其他效益
（1）變頻起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有沖擊。由于變頻器改造后風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，避免了起動(dòng)電流的沖擊，而且還可以隨時(shí)起動(dòng)或停止。
（2）按需調(diào)節(jié)風(fēng)量，避免浪費(fèi)。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量不再需要由風(fēng)葉角度和風(fēng)門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)，而是通過(guò)變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)范圍可以從0%—100%；因而可以根據(jù)井下通風(fēng)需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量，減少了不必要的浪費(fèi)。
（3）降低風(fēng)機(jī)工作強(qiáng)度，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。變頻改造后，風(fēng)機(jī)的大部分工作時(shí)間都在較低的速度下運(yùn)行，因而大大降低了風(fēng)機(jī)工作的機(jī)械強(qiáng)度和電氣沖擊，大大延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。
（4）風(fēng)機(jī)設(shè)備的噪聲降低，改善了工作環(huán)境。
（5）提高了通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)化控制水平。
過(guò)去通風(fēng)機(jī)依靠人工調(diào)節(jié)擋板，不具備風(fēng)量的自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)功能，自動(dòng)化程度低。變頻改造后，通風(fēng)機(jī)由變頻器進(jìn)行控制，嚴(yán)格按程序進(jìn)行控制，在礦監(jiān)控室顯示通風(fēng)系統(tǒng)各項(xiàng)電氣參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（工作、停止、故障）等，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程對(duì)通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制。
（6）界面為純中文操作，操作簡(jiǎn)單，使用方便。
（7）保護(hù)功能齊全，除了過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)載、短路、缺相等自身保護(hù)功能外，還設(shè)有故障單元自動(dòng)旁路功能、外圍聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)及變頻故障轉(zhuǎn)工頻等功能，提高了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。
7結(jié)束語(yǔ)
總之，礦用通風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速，不但實(shí)現(xiàn)了軟起、軟停，而且可根據(jù)巷道的通風(fēng)需求方便地進(jìn)行調(diào)速，改造效果是十分理想的。2006年風(fēng)光公司率先在寧夏煤業(yè)公司礦用通風(fēng)機(jī)上進(jìn)行變頻改造，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)產(chǎn)高壓變頻器在礦用通風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻改造的歷史，至此后，煤礦行業(yè)通風(fēng)機(jī)變頻應(yīng)用越來(lái)越多，風(fēng)光公司高壓變頻器在煤炭行業(yè)有著良好的業(yè)績(jī)，風(fēng)光產(chǎn)品為推動(dòng)國(guó)家節(jié)能減排工作做出了貢獻(xiàn)。