摘要：本文介紹了高壓變頻器在鶴煤公司二礦主通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用情況。應(yīng)用情況表明，用戶選用高壓變頻器對主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

　　1 引言

　　礦井主通風(fēng)設(shè)備擔(dān)負(fù)著向井下輸送新鮮空氣、稀釋井下有害氣體和調(diào)節(jié)井下環(huán)境溫度和濕度的重要任務(wù)，它不僅是大型用電設(shè)備，而且24小時晝夜不停地運轉(zhuǎn)，因此礦井主通風(fēng)設(shè)備高效可靠運轉(zhuǎn)對于煤礦安全生產(chǎn)有著重要意義。

　　2 用戶現(xiàn)場改造原因

　　河南煤業(yè)化工集團(tuán)鶴煤公司二礦主通風(fēng)機(jī)是煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的命脈，由2臺2K60-4-No.24型軸流式風(fēng)機(jī)和TD118/44-8型電機(jī)組成，功率為800kW，轉(zhuǎn)速750r／min，電壓為6000V，原風(fēng)機(jī)為八十年代安裝使用，磨損嚴(yán)重，支架老化，漏風(fēng)嚴(yán)重，反風(fēng)操作操作繁瑣，拖動電機(jī)為同步電動機(jī)，維護(hù)量大，碳刷更換頻繁，影響了煤礦通風(fēng)安全。風(fēng)機(jī)啟動電流大，啟動后以工頻方式運行，無法根據(jù)井下用風(fēng)量的改變調(diào)節(jié)風(fēng)量，電能的浪費現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

　　為了實現(xiàn)礦用通風(fēng)機(jī)高效經(jīng)濟(jì)運行，褐煤公司二礦領(lǐng)導(dǎo)在2011年煤礦技改項目中，采用航空工業(yè)沈陽發(fā)動機(jī)研究所風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的2臺AGF606-2.44-1.3-2軸流抽出式礦用風(fēng)機(jī)和西安泰富西瑪電機(jī)有限公司生產(chǎn)的Y5601-8三相異步電動機(jī)更換原有通風(fēng)設(shè)備。

　　軸流式通風(fēng)機(jī)的一般性能曲線如圖1所示：

　　圖1軸流式通風(fēng)機(jī)的性能曲線

　　其中壓力曲線有駝峰，工況點如在駝峰以右區(qū)域時，通風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)是穩(wěn)定的；工況點如在駝峰以左區(qū)域，通風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)就很難穩(wěn)定，此時風(fēng)壓、流量發(fā)生波動，當(dāng)工況點移至左下部時，流量、風(fēng)壓有激烈脈動，并引起整個風(fēng)機(jī)喘振。喘振可能使風(fēng)機(jī)裝置遭到破壞，因此通風(fēng)機(jī)不允許在喘振狀態(tài)下運行。為了避免風(fēng)機(jī)在小流量時發(fā)生喘振現(xiàn)象，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造是首選，并且當(dāng)風(fēng)機(jī)速度變化不超過20%，效率基本無變化，使用變頻調(diào)速后就可以使風(fēng)機(jī)在小流量段高效運行，不僅不會使風(fēng)機(jī)喘振，還擴(kuò)大了風(fēng)機(jī)高效運行的工作范圍。

　　該礦上以往的主通風(fēng)機(jī)采用工頻運行，在運行中一般采用改變導(dǎo)葉角度和改變檔板角度調(diào)節(jié)通風(fēng)量，因此通風(fēng)效率較低，造成能源浪費，增加了生產(chǎn)成本。又由于主通風(fēng)機(jī)設(shè)計上余量特別大，在相當(dāng)長的時間主通風(fēng)機(jī)一直處在較輕負(fù)載下運行，能源浪費突出。

　　當(dāng)主通風(fēng)機(jī)采用電抗啟動時，起動時間長，啟動電流大，對電動機(jī)的絕緣有著較大的威脅，嚴(yán)重時甚至燒毀電動機(jī)。而高壓電動機(jī)在啟動過程中所產(chǎn)生的單軸轉(zhuǎn)矩現(xiàn)象使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生較大的機(jī)械振動應(yīng)力，嚴(yán)重影響到電動機(jī)、風(fēng)機(jī)及其它機(jī)械的使用壽命。

　　綜合以上原因，為了礦井的安全生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本，鶴煤公司二礦主通風(fēng)機(jī)采用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的方法最佳。

　　通過招標(biāo)方式，選擇了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-800F(800kW/6kV)型高壓變頻器（高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表3所示），高壓變頻器于2011年4月投運，設(shè)備至今運行良好。經(jīng)過集團(tuán)檢測中心的檢測，各項性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求，通風(fēng)機(jī)實現(xiàn)了高效運行，改造達(dá)到了預(yù)期目的。

　　3用戶現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)

　　3.1通風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)

　　二礦煤礦通風(fēng)機(jī)為兩臺，一用一備，現(xiàn)場2臺通風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)相同，下面表1給出1#通風(fēng)機(jī)基本參數(shù)。

　　3.2風(fēng)光牌JD-BP37-800F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

　　山東新風(fēng)光電子公司是國家高新技術(shù)企業(yè)，生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器榮獲“中國名牌”稱號，高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術(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、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。

　　JD-BP37-800F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如下表3所示。

　　 4 項目實施改造方案

　　根據(jù)用戶現(xiàn)場的實際情況，旁路柜采用了一拖一工變頻自動轉(zhuǎn)換方案。如下圖2所示。旁路柜中，共有2個高壓隔離開關(guān)和2個真空接觸器，為了確保不向變頻器輸出端反送電，KM3與KM4采用電氣互鎖。當(dāng)K1、K3、KM1和KM3閉合，KM4斷開時，電機(jī)變頻運行；當(dāng)KM1、KM3斷開，KM4閉合時，電機(jī)工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。

　　旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖，DL合閘時，絕對不允許操作變頻輸出隔離開關(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。

　　圖2自動旁路柜

　　用戶選配自動旁路柜，并且選擇“手動”模式，則具體轉(zhuǎn)換過程如下：

　　Step1:執(zhí)行變頻調(diào)速系統(tǒng)停機(jī)操作。

　　Step2:斷開交流進(jìn)線斷路器。

　　Step3:斷開變頻調(diào)速系統(tǒng)的輸入側(cè)刀閘K1（參閱圖2）。

　　Step4:斷開變頻調(diào)速系統(tǒng)的輸出側(cè)刀閘K3。

　　Step5:合變頻調(diào)速系統(tǒng)的旁路開關(guān)KM4。

　　Step6:關(guān)閉所有的門（控制柜除外）。

　　Step7:合交流進(jìn)線斷路器。

　　用戶選擇“自動”模式，則變頻調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)故障情況自動完成到工頻旁路運行的轉(zhuǎn)換。具體轉(zhuǎn)換過程如下：

　　JD-BP37系列變頻器在變頻運行中出現(xiàn)故障后，控制器發(fā)出節(jié)點信號控制進(jìn)線真空接觸器KM1和變頻器輸出真空接觸器KM3進(jìn)行分?jǐn)?，然后控制器向PLC發(fā)送變頻轉(zhuǎn)工頻信號，延時一定時間后，旁路開關(guān)KM4進(jìn)行合閘。

　　保護(hù)：保持原有對電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變。

　　5 變頻運行情況

　　5.1變頻運行

　　變頻投入運行以來一直穩(wěn)定運行，輸出頻率、電壓和電流穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)運行穩(wěn)定，變頻器網(wǎng)側(cè)實測功率因數(shù)為0.976，效率均高于96%，滿載時網(wǎng)側(cè)電流諧波總?cè)萘啃∮?%，輸出電流諧波小于4%。風(fēng)機(jī)以低于額定轉(zhuǎn)速運行，不僅節(jié)約了能源，減少了維護(hù)費用，還降低了風(fēng)機(jī)的運行噪聲，經(jīng)濟(jì)效益良好。

　　5.2變頻操作

　　變頻器顯示采用中文圖形界面，觸摸屏操作，生動直觀，變頻器的運行狀態(tài)一目了然，各種運行數(shù)據(jù)可在觸摸屏上查詢，便于操作人員及時了解變頻器的運行情況。變頻器操作簡單，可在120秒之內(nèi)起動至高速，短時間內(nèi)達(dá)到所需風(fēng)量。簡便的操作和短的起動時間確保了生產(chǎn)安全。并且反風(fēng)比以前操作簡單可靠，只需設(shè)置變頻器按反向的頻率運行即可，完全可滿足10分鐘內(nèi)實現(xiàn)反風(fēng)的要求。

　　5.3運行數(shù)據(jù)

　　變頻器現(xiàn)場照片運行如圖3所示。2011年5月16日，變頻器運行數(shù)據(jù)如附表4所示，測試功率因數(shù)為：0.976。

　　圖3高壓變頻器運行照片

　　5.4能耗分析

　　主通風(fēng)機(jī)為軸流式排風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)兩臺，一用一備，每臺功率800kW，下圖4為AGF606-2.44-1.3-2特性曲線圖，R1為礦井的通風(fēng)阻力曲線，R2為調(diào)整風(fēng)門后的阻力曲線，由圖4可知，當(dāng)需風(fēng)量為QA時，動葉角度為-50時、風(fēng)機(jī)效率小于72%，這時需將動葉角度調(diào)至-100（圖中的B點），以提高風(fēng)機(jī)的運行效率，這時風(fēng)機(jī)的運行效率約為74%，由礦井的通風(fēng)阻力曲線R1和風(fēng)機(jī)的性能曲線圖，可知風(fēng)機(jī)在動葉角度為-50時，效率較高，這時可通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至A點，以滿足風(fēng)量要求，這時風(fēng)機(jī)運行在最佳狀態(tài)，此時變頻器的運行平均功率為：P變=276.3kW，變頻運行與風(fēng)機(jī)工頻運行相比風(fēng)壓損失功率為：

　　圖4風(fēng)壓—風(fēng)量特性曲線

　　由此可見，變頻運行時，風(fēng)機(jī)效率為80%，其節(jié)電率為28.82%，節(jié)能效果十分明顯。

　　6結(jié)束語

　　風(fēng)光牌高壓變頻器以其運行穩(wěn)定，操作簡便，性價比高，得到廣大用戶的擁護(hù)。在河南煤業(yè)化工集團(tuán)鶴煤公司下屬的多家煤礦中，主通風(fēng)機(jī)大量采用山東新風(fēng)光電子公司的產(chǎn)品，應(yīng)用結(jié)果表明，高壓變頻器應(yīng)用于煤礦主通風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)改造，取得了良好的運行效果和經(jīng)濟(jì)效益。

　　作者簡介

　　胡令芝，男，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。山東省汶上經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)272500

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