摘要:本文主要介紹了風(fēng)光低壓大功率變頻器在寧煤集團(tuán)棗泉煤礦主扇風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用情況。改造情況表明，用戶選用變頻器對主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，具有顯著的節(jié)電效果和社會效益。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光牌變頻器煤礦主扇風(fēng)機(jī)節(jié)能

1引言

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司（以下簡稱寧煤集團(tuán)）作為神華集團(tuán)的下屬單位，是國家級重點(diǎn)開發(fā)區(qū)——寧東能源化工基地建設(shè)的主力軍。棗泉煤礦是寧煤集團(tuán)的下屬單位之一，該礦地處鄂爾多斯臺緣褶帶東側(cè)、馬家灘臺陷中的磁萌斷褶帶北部，是國內(nèi)一流現(xiàn)代化高產(chǎn)高效特大型礦井，是寧東基地的一顆耀眼明珠。

本礦井為低瓦斯礦井，各開采煤層均屬容易自燃煤層，根據(jù)礦井開拓布置，通風(fēng)系統(tǒng)采用中央并列抽出式通風(fēng)，主副斜井進(jìn)風(fēng)，專用斜風(fēng)井回風(fēng)。礦井所需風(fēng)量，通風(fēng)容易時期和困難時期均為110m3/s；礦井所需負(fù)壓，通風(fēng)容易時期為555.7Pa；通風(fēng)困難時期為1236.5Pa。本礦井采用機(jī)械通風(fēng)，在地面工業(yè)廣場內(nèi)設(shè)有回風(fēng)井，其出口處設(shè)有通風(fēng)機(jī)。

2礦井通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)選型

2.1礦井通風(fēng)設(shè)備方案

根據(jù)礦井通風(fēng)要求，設(shè)計(jì)對離心式和軸流式通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行了分析比較，離心式通風(fēng)機(jī)雖然具有全壓效率高，噪音小，設(shè)備投資少的優(yōu)點(diǎn)，但存在占地面積大，土建工程量大，需建反風(fēng)道，反風(fēng)繁瑣，系統(tǒng)總投資高，動壓損失大，運(yùn)行電耗高，綜合運(yùn)營費(fèi)用多等缺點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)不予推薦。

對于軸流式通風(fēng)設(shè)備，根據(jù)礦井所需的風(fēng)量和負(fù)壓，通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)量和負(fù)壓分別為：

QF=1.1×110=121（m3/s）

HF易=555.7+100+150=805.7（Pa）

HF難=1236.5+100+150=1486.5（Pa）

考慮通風(fēng)設(shè)施漏風(fēng)和各種阻力損失后，設(shè)計(jì)對適宜本礦井的多種風(fēng)機(jī)進(jìn)行了方案比較，詳見表1礦井通風(fēng)設(shè)備方案比較表。

方案一選用的BDK型風(fēng)機(jī)為高效、節(jié)能、低噪音煤礦專用防爆軸流式通風(fēng)機(jī)，是行業(yè)節(jié)能推廣產(chǎn)品。目前該風(fēng)機(jī)已在國內(nèi)礦井得到大量應(yīng)用，其兩級葉輪既是工作輪又互為導(dǎo)葉，較少了能量損失，提高了風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率（最高靜壓效率可達(dá)90%），且高效區(qū)域?qū)拸V，任何阻力下均可穩(wěn)定運(yùn)行；設(shè)有穩(wěn)流裝置使性能曲線無駝峰，有效地消除了喘振；可用一臺電機(jī)帶單級葉輪運(yùn)行，以適應(yīng)礦井不同時期的通風(fēng)要求，避免大馬拉小車現(xiàn)象；該風(fēng)機(jī)配帶風(fēng)門、消音器、擴(kuò)散筒，安裝簡單、施工周期短，維護(hù)工作量??；風(fēng)機(jī)能反轉(zhuǎn)反風(fēng)，不需設(shè)返風(fēng)道，土建工程量??；設(shè)備振動小，不需設(shè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，風(fēng)機(jī)和擴(kuò)散器均安裝在軌道上，即可長期運(yùn)行，系統(tǒng)總投資小，年電耗小，運(yùn)行費(fèi)用低。

方案二選用的2K56型軸流式通風(fēng)機(jī)，是沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠專門為煤礦設(shè)計(jì)制造的軸流式通風(fēng)機(jī)，可直接反轉(zhuǎn)反風(fēng)，不需要調(diào)整風(fēng)機(jī)任何裝置，為了跟蹤監(jiān)測風(fēng)機(jī)的振動情況，軸承座上配有測振用底座，可以配套供應(yīng)測振儀，但該方案需要建設(shè)風(fēng)機(jī)房、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和擴(kuò)散塔等，風(fēng)道較長，占地面積大，安裝調(diào)試復(fù)雜，中間軸太長易變形，施工周期長，配套設(shè)備多，維護(hù)量較大；維護(hù)量較大；總投資較高，綜合營運(yùn)費(fèi)也高，故設(shè)計(jì)不予推薦。

方案三選用的ANN型軸流式礦井通風(fēng)機(jī)是引進(jìn)外國的新產(chǎn)品，代表著世界通風(fēng)設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)，其性能曲線準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，靜壓效率高，制造質(zhì)量好，所有葉片都單獨(dú)進(jìn)行了精確平衡，葉片互換性好；設(shè)有防喘振環(huán)，有效地防止了風(fēng)機(jī)喘振；該風(fēng)機(jī)維護(hù)量小，噪音低，風(fēng)機(jī)、風(fēng)門采用危機(jī)自動控制，風(fēng)機(jī)可在葉片零角度下起動，起動平穩(wěn)，動態(tài)下能根據(jù)礦井通風(fēng)需要自動調(diào)整葉片角度，并配帶消音器、轉(zhuǎn)換風(fēng)門及成套電氣控制檢測設(shè)備等，自動化程度高，可倒轉(zhuǎn)反風(fēng)，反風(fēng)量大，時間短，但該設(shè)備投資大，土建費(fèi)用較高，總投資多，目前國內(nèi)煤礦使用還較少，故本設(shè)計(jì)也不予考慮。

此外，還考慮了GAF型風(fēng)機(jī)方案，該風(fēng)機(jī)為停車動葉可調(diào)軸流式通風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)葉片角度方便，其靜壓效率也較高，但該風(fēng)機(jī)初期投資較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需建設(shè)通風(fēng)機(jī)房，土建費(fèi)用多，占地面積大，配套設(shè)備多，總投資高，安裝調(diào)試復(fù)雜，施工周期長，維護(hù)量較大，高校區(qū)較窄，適應(yīng)范圍小，年運(yùn)營費(fèi)用高，且在實(shí)際使用中，時有喘振現(xiàn)象發(fā)生，因此設(shè)計(jì)不予推薦。

經(jīng)過以上多方案比價可以看出，方案三選用的通風(fēng)機(jī)設(shè)備技術(shù)最先進(jìn)，自動化水平最高，年電耗??；方案一所選用的通風(fēng)設(shè)備投資最少，綜合運(yùn)營費(fèi)用最低經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，設(shè)計(jì)推薦靜壓效率較高，高校區(qū)寬廣，土建費(fèi)用低、系統(tǒng)總投資最少，綜合運(yùn)營費(fèi)用最低的的方案一作為本礦通風(fēng)設(shè)備方案。為了提高自動化程度，設(shè)計(jì)增加了變頻調(diào)速額自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2通風(fēng)設(shè)備及變頻器選型

根據(jù)通風(fēng)設(shè)備選型方案和通風(fēng)機(jī)的計(jì)算風(fēng)量和負(fù)壓，本礦井通風(fēng)設(shè)備選用BDK-8-N024型對旋式軸流風(fēng)機(jī)2臺，其中1臺工作，1臺備用。每臺通風(fēng)機(jī)配用YBFe-8型專用防爆電動機(jī)2臺，電機(jī)容量為2×132kW，電壓為380V。變頻器選用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的4套低壓通用型變頻器，采用一拖一控制，變頻器型號為：功率160kW，電壓380V。通風(fēng)機(jī)經(jīng)過變頻拖動控制，達(dá)到了預(yù)期目的。

3風(fēng)光低壓通用型變頻器簡介

風(fēng)光牌380V系列通用型變頻器是新風(fēng)光電子科技股份有限公司采用全新理念自主開發(fā)的高性能、簡易型、低噪音變頻器。具有DSP矢量控制功能、實(shí)用的PI調(diào)節(jié)、輕載振蕩抑制、輸入輸出缺相、轉(zhuǎn)速追蹤啟動、靈活的輸入輸出端子、參數(shù)在線修改、停電和停機(jī)參數(shù)存儲、擺頻控制、RS485控制等一系列先進(jìn)實(shí)用的運(yùn)行、控制功能。為設(shè)備制造和終端客戶提供了高集成度的一體化解決方案，對降低系統(tǒng)采購和運(yùn)營成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大的幫助。

4通風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)

根據(jù)通風(fēng)機(jī)設(shè)備選型情況，煤礦安全規(guī)程要求，通風(fēng)機(jī)房的低壓電源，均以雙回路電纜供電，其中一回路工作，一回路備用。電源直接引自礦井變電所。

棗泉煤礦通風(fēng)系統(tǒng)采用2套風(fēng)機(jī)，一臺運(yùn)行，一臺備用。在風(fēng)機(jī)主電機(jī)回路，設(shè)置有變頻調(diào)速裝置，采用一拖一控制，共選用4套160kW/380V新風(fēng)光低壓通用型變頻器，工頻回路采用自耦降壓起動，通風(fēng)機(jī)變頻控制主回路如圖1所示。

通風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)采用可編程程序控制器，對風(fēng)機(jī)、風(fēng)門等信號進(jìn)行采集和控制，并可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量或風(fēng)壓閉環(huán)控制，也可手動調(diào)節(jié)。當(dāng)前運(yùn)行風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障報警并自動啟動備用設(shè)備（例如：1、當(dāng)1號風(fēng)機(jī)發(fā)生故障，系統(tǒng)接到故障信號后可以自動停止1號風(fēng)機(jī)-關(guān)閉1號風(fēng)門-開啟2號風(fēng)門-啟動2號風(fēng)機(jī)。2、當(dāng)有緊急事故發(fā)生時，愛指揮中心的授權(quán)下，系統(tǒng)將立即停止風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行、并反向啟動風(fēng)機(jī)在最短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)反風(fēng)。3、當(dāng)?shù)V井瓦斯超限時，系統(tǒng)在接到瓦斯超限信號后風(fēng)機(jī)會自動開到全速盡快排除瓦斯，然后自動恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)運(yùn)行等自動控制功能）。

系統(tǒng)設(shè)置有工控計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，具有故障自診斷、流量、負(fù)壓、通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況、風(fēng)門狀態(tài)等通風(fēng)參數(shù)、控制系統(tǒng)狀態(tài)、低壓電源回路等的連續(xù)實(shí)時顯示以及報表打印功能，便于通風(fēng)系統(tǒng)的測試和通風(fēng)事故的預(yù)測及分析處理，保證通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全可靠性，同時，為礦井的通風(fēng)調(diào)度提供了條件。檢測計(jì)算機(jī)與礦井調(diào)度中心計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)后，通過礦井并調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)人員及時了解通風(fēng)機(jī)房情況。

通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)有手動/集中控制兩種方式，手動方式在配電柜上直接操作；集中方式，通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。

圖1通風(fēng)機(jī)主回路控制圖

圖2PLC控制接線圖

5現(xiàn)場應(yīng)用情況

寧煤集團(tuán)棗泉煤礦主扇風(fēng)機(jī)選用型號JD-BP32-160F風(fēng)光變頻器4套，設(shè)備2005年一次性投運(yùn)成功，至今已安全運(yùn)行10年。變頻運(yùn)行后，風(fēng)門全部打開，運(yùn)行頻率一般40Hz左右，不僅完全滿足煤礦生產(chǎn)工藝要求，而且用戶操作非常方便。變頻器運(yùn)行穩(wěn)定。變頻器運(yùn)行參數(shù)記錄如表3所示。

風(fēng)機(jī)采用變頻器控制運(yùn)行后，輸入電流從工頻運(yùn)行時電流190.7A下降到變頻運(yùn)行101.3A左右，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率從108.35kW下降到68.32kW，節(jié)電率為（108.35kW-68.32kW）/108.35kW=36.94%。

主扇風(fēng)機(jī)變頻控制的其他優(yōu)點(diǎn)：

(1)采用變頻器后啟動風(fēng)機(jī)時可以實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動，避免了啟動電流對電網(wǎng)及控制設(shè)備的沖擊，可以有效地延長電氣設(shè)備的使用周期。

(2)按需調(diào)節(jié)風(fēng)量，調(diào)速范圍寬且調(diào)速精度高，避免浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不再需要通過改變?nèi)~片角度來調(diào)節(jié)，而是由變頻器通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)線性度好，因而可以根據(jù)井下生產(chǎn)需要隨時調(diào)節(jié)風(fēng)量，避免了浪費(fèi)。

(3)降低了風(fēng)機(jī)的工作強(qiáng)度，延長了使用壽命。風(fēng)機(jī)的大部分時間工作在低速狀態(tài)下，因而大大降低了風(fēng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和電氣沖擊，大大延長了風(fēng)機(jī)壽命，提高了風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行系數(shù)和運(yùn)行周期。

(4)變頻器具有短路、過載、過壓、欠壓、缺相等各種保護(hù)，有效地保護(hù)了電機(jī)。

(5)改善了現(xiàn)場工作環(huán)境，變頻控制降速運(yùn)行，風(fēng)機(jī)噪聲大大降低，深受現(xiàn)場工作人員的歡迎。

(6)減少了反風(fēng)中的操作環(huán)節(jié)，工頻反風(fēng)需要操作系統(tǒng)工序繁多，而且容易出現(xiàn)倒錯風(fēng)門的事故。現(xiàn)在使用變頻器控制后，反風(fēng)時極其簡單，減少了工作量，降低了操作過程中的故障率。

6結(jié)束語

寧煤集團(tuán)棗泉煤礦主扇風(fēng)機(jī)經(jīng)過變頻控制之后，不僅達(dá)到了良好的節(jié)能效果，并且使整套通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高了一個大臺階。隨著國家對節(jié)能減排工作的越來越重視，煤礦企業(yè)通過各種措施降低生產(chǎn)成本，其中變頻技術(shù)起到了關(guān)鍵作用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，適應(yīng)了國家建設(shè)資源節(jié)約型社會的潮流。

參考文獻(xiàn)

山東新風(fēng)光電子使用手冊[Z]山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。

作者簡介

田利瑞男技術(shù)支持工程師，供職于新風(fēng)光電子科技股份有限公司。

王東新男高級工程師，供職于神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司棗泉煤礦。