摘要：礦井主通風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)最重要的負(fù)荷之一，主通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)通常都留有較大的余量，具有一定的節(jié)能空間。本文通過對(duì)新汶礦業(yè)集團(tuán)孫村煤礦北風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)應(yīng)用北京合康億盛科技有限公司變頻改造情況的介紹，說明在煤礦主通風(fēng)機(jī)上實(shí)施變頻不僅節(jié)能效果顯著，而且可以優(yōu)化整個(gè)電力傳動(dòng)系統(tǒng)的控制性能。
一、概述
    礦井抽風(fēng)機(jī)是井工煤礦生產(chǎn)最重要的負(fù)荷之一，電動(dòng)機(jī)容量較大，由于其必須連續(xù)工作，使得抽風(fēng)機(jī)用電成為礦井的用電大戶，一般用電量占整個(gè)礦井的15％以上。由于抽風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)是按照礦井最大用風(fēng)量為基本選型參數(shù)，同時(shí)預(yù)留一定的安全系數(shù)，因此供風(fēng)能力偏大，特別是在礦井初期和通風(fēng)系統(tǒng)改造后，風(fēng)機(jī)能力富裕量大，具有較大的節(jié)能空間。下面對(duì)新汶礦業(yè)集團(tuán)公司孫村煤礦通風(fēng)機(jī)變頻改造情況進(jìn)行簡要介紹。

二、通風(fēng)機(jī)情況
    新汶礦業(yè)集團(tuán)公司孫村煤礦是一個(gè)百年老礦，其北風(fēng)井通風(fēng)機(jī)站建于1981年，安裝兩臺(tái)G4-73-11№.28Ｄ型離心式風(fēng)機(jī)，各配有一臺(tái)YR1250－8／1430型電動(dòng)機(jī)，額定電壓6KV，功率1250KW，轉(zhuǎn)速730rpm，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。根據(jù)出廠風(fēng)機(jī)標(biāo)注的參數(shù),該風(fēng)機(jī)的額定最大排風(fēng)能力為11300m³/min。
    由于該礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)在2005年1月由一臺(tái)400風(fēng)井單獨(dú)運(yùn)行的中央分列式通風(fēng)系統(tǒng)，改變?yōu)橐慌_(tái)400風(fēng)井與北立井風(fēng)井聯(lián)合運(yùn)行的兩翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)，礦井風(fēng)量的需求發(fā)生了較大變化，由原來的218.42m3/s，降到129.94m3/s。且礦井風(fēng)量調(diào)整只能靠調(diào)整風(fēng)機(jī)葉片導(dǎo)角完成，不能實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，風(fēng)機(jī)整體耗能較多，風(fēng)機(jī)工作在低效區(qū)，原有的1250kW電機(jī)容量富裕過多。為了滿足風(fēng)量需求的變化，北風(fēng)井通風(fēng)機(jī)自2005年一月后，多次調(diào)整前導(dǎo)葉角度，由0°逐漸調(diào)整到現(xiàn)在的33°，節(jié)流功率損失非常大，即電動(dòng)機(jī)的能源損耗很大，風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗的課題就提上了議事日程。

三、方案論證

    （1）方案選擇：為了選擇合理的節(jié)能方案，我們調(diào)研和計(jì)算了不同風(fēng)量調(diào)節(jié)方式的功率消耗情況（如圖1）。

    （2）效益測(cè)算：應(yīng)用變頻調(diào)速，可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非?？捎^。測(cè)算如下：
    1#風(fēng)機(jī)的軸功率為796kW，入口導(dǎo)葉的角度為33.75°，實(shí)際流量132.86m³/s。流量的百分比為：132.86/189=70.3%，因?qū)嶋H的測(cè)算可能有誤差，估計(jì)流量百分比在70.3%～80%之間，按80%保守計(jì)算，通過查表，得出功率減少約20%，因工況的變化，估計(jì)節(jié)能點(diǎn)在15%～25%之間，節(jié)約功率為796×（0.15～0.25）=119.4～199kW。
    2#風(fēng)機(jī)的軸功率為761kW，入口導(dǎo)葉的角度為33.75度，實(shí)際流量129.94 m³/s。流量的百分比為：129.94/189=68.8%，因?qū)嶋H的測(cè)算可能有誤差，估計(jì)流量百分比在68.8%～80%之間，按著80%保守計(jì)算，通過查表，得出功率減少約20%，因工況的變化，估計(jì)節(jié)能點(diǎn)在15%～25%之間，節(jié)約功率為761×（0.15～0.25）=114.15～190.25kW。
    預(yù)計(jì)節(jié)電為120～190kW左右，按著電費(fèi)為0.58元/度，一年365天計(jì)算，（120～190）×24×365×0.58=60.9～96.5萬元。變頻改造預(yù)計(jì)投資170萬元，投資回收期為1.76～2.79年之間。

四、現(xiàn)場應(yīng)用
1、根據(jù)要求，設(shè)計(jì)方案一次回路如下圖所示：

    在原來設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加變頻器（HIVERT-Y06/154）一臺(tái)，增加自動(dòng)切換柜兩臺(tái)2#、3#，增加高壓電源柜1#（采用真空斷路器和微機(jī)保護(hù)等）一臺(tái)。

2、運(yùn)行方式：
    （1）變頻器運(yùn)行1#風(fēng)機(jī)：DL1閉合，DL12閉合，DL11斷開，KM1閉合，DL22斷開。
    （2）變頻器運(yùn)行2#風(fēng)機(jī)：DL1閉合，DL12斷開，DL21斷開，KM2閉合，DL22閉合。
    （3）工頻運(yùn)行1#風(fēng)機(jī)：DL12斷開，DL11閉合，KM1受原系統(tǒng)控制。
    （4）工頻運(yùn)行2#風(fēng)機(jī)：DL22斷開，DL21閉合，KM2受原系統(tǒng)控制。

3、現(xiàn)場技術(shù)參數(shù)
北風(fēng)井風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)如表1

五、改造前后對(duì)比
    孫村礦北風(fēng)井抽風(fēng)機(jī)變頻裝置在2007年11月27日正式投入運(yùn)行，根據(jù)風(fēng)量需求，將風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率調(diào)整為48Hz，電機(jī)輸出功率由改造前前導(dǎo)器葉片33.75°時(shí)的1027kW下降至911kW，下降了116kW。41119工作面結(jié)束后，北風(fēng)井抽風(fēng)機(jī)風(fēng)量富裕較多，根據(jù)風(fēng)量需求，將風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率降為44Hz，風(fēng)機(jī)輸出功率進(jìn)一步下降為726kW，節(jié)能效果更加顯著。使用情況如下：

1、  實(shí)際節(jié)電情況
    為了真實(shí)掌握風(fēng)機(jī)變頻改造后的實(shí)際節(jié)電情況，我們對(duì)風(fēng)機(jī)在工頻和變頻運(yùn)行狀態(tài)下的用電情況進(jìn)行了實(shí)測(cè)，風(fēng)量為130～131m³/min。
    08年1月28日9：00－30日9：00風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉片33.75°，電機(jī)頻率為50Hz時(shí)，運(yùn)行2＃風(fēng)機(jī)電度表底數(shù)分別為9863.15和9889.1，24小時(shí)用電20760kWh。
    08年1月30日11：00－2月2日11：00，風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉片0°，電機(jī)頻率為44Hz時(shí)，運(yùn)行2＃風(fēng)機(jī)電度表底數(shù)分別為9889.65和9911.07，24小時(shí)用電17136kWh。
    在滿足礦井通風(fēng)要求的情況下，24小時(shí)節(jié)電3624kwh，節(jié)電率為17.46％，年節(jié)電132.3萬kWh，電費(fèi)75萬元。

2、運(yùn)行情況
    （1）該產(chǎn)品自身功率因數(shù)高，無需額外的無功補(bǔ)償裝置。
    （2）經(jīng)測(cè)試，變頻器自身輸出諧波含量低于4％，符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
    （3）變頻改造后，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，去掉了原來的電抗器，避免了大電流對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)的沖擊
    （4）采用設(shè)備變頻運(yùn)行方式后，通風(fēng)系統(tǒng)操作更加方便，同時(shí)降低了運(yùn)行噪聲，工作環(huán)境條件也有了明顯改善。
    （5）設(shè)備磨損降低、延長了維護(hù)期，維護(hù)工作量大大減少。

六、結(jié)束語
    從合康公司變頻器在新汶礦業(yè)集團(tuán)公司孫村煤礦北風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)技術(shù)改造的實(shí)際應(yīng)用情況來看，對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造，不僅能夠有效地減少電能消耗，而且可以優(yōu)化整個(gè)電力傳動(dòng)系統(tǒng)的控制性能，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。