導(dǎo)語：變頻器在煤礦通風(fēng)機節(jié)能降耗上的運用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：通過分析礦井原通風(fēng)機系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合變頻器使用現(xiàn)狀提出增加變頻器來進行通風(fēng)機系統(tǒng)改造，并從變頻器、節(jié)能器等設(shè)備選型、關(guān)鍵問題處理和變頻系統(tǒng)控制等方面進行了詳細闡述。

關(guān)鍵詞：變頻器；通風(fēng)機系統(tǒng)；節(jié)能降耗

通風(fēng)機是煤礦生產(chǎn)過程中重要的供風(fēng)、導(dǎo)風(fēng)設(shè)備，在確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、防止瓦斯等有害氣體聚集和保障人員安全等方面發(fā)揮著重要的作用。為了保證井下安全，通風(fēng)機需要長時間連續(xù)運行，而通風(fēng)機所需電流、電壓較高，故通風(fēng)機也是井下高耗能設(shè)備。通風(fēng)機根據(jù)內(nèi)部風(fēng)流流向分為軸流式和離心式2種，根據(jù)礦井實際需要選擇使用的是軸流式通風(fēng)機，通風(fēng)機電機采用起動電流較大的直起方式，且受到礦井環(huán)境和人為操作不當?shù)纫蛩氐挠绊?，通風(fēng)機起動時對電網(wǎng)穩(wěn)定沖擊性較大，且會一定程度的降低通風(fēng)機的使用壽命，對于保障礦井安全生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本和節(jié)能降耗極為不利。變頻器若應(yīng)用于通風(fēng)機可實現(xiàn)電機調(diào)速，還可有效降低電動機起動電流和電網(wǎng)波動對電動機的影響，這樣不僅可以有效地實現(xiàn)礦井通風(fēng)機節(jié)能降耗，對于提升通風(fēng)機使用性能和使用壽命也具有重要意義。鑒于此，礦井決定通過技術(shù)改造將變頻器應(yīng)用到通風(fēng)機上來實現(xiàn)通風(fēng)機變頻調(diào)速和節(jié)能降耗。

1礦井通風(fēng)機系統(tǒng)問題分析

礦井主通風(fēng)機系統(tǒng)于1996年7月正式投入使用，所選用的通風(fēng)機為可調(diào)式軸流式通風(fēng)機，該通風(fēng)機配備額定電壓和功率分別為6000V和2000kW的同步電機，起動方式為直起。經(jīng)過多年的資源回采，礦井開采水平逐漸向深部轉(zhuǎn)移，原通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足礦井通風(fēng)需要，目前存在的問題主要有：（1）通風(fēng)機運行工況已經(jīng)接近特性曲線駝峰區(qū)，即通風(fēng)機運行狀況較差；（2）礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)機吻合性差，通風(fēng)機已經(jīng)難以滿足礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性；（3）同步電機對供電電壓波動敏感性較強，且因外部因素導(dǎo)致的電網(wǎng)波動頻繁，通風(fēng)機停機故障較多；（4）通風(fēng)機電控系統(tǒng)落后，部分設(shè)備儀表顯示不準確，自動控制程度低，控制室人員無法掌握通風(fēng)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)；（5）隨著礦井資源的回采，采區(qū)不斷向深部轉(zhuǎn)移，造成通風(fēng)系統(tǒng)除了滿足原通風(fēng)場所外，還要擔負深部采區(qū)的通風(fēng)任務(wù)，通風(fēng)負擔較重；（6）通風(fēng)機耗電較高，約占礦井用電的25％~30%，以往的通風(fēng)機系統(tǒng)不符合礦井節(jié)能降耗的企業(yè)理念。因此對原通風(fēng)機系統(tǒng)進行技術(shù)改造是礦井安全生產(chǎn)和管理的重要舉措。

2技術(shù)改造方案的確定

2.1設(shè)備的選擇

鑒于通風(fēng)機系統(tǒng)運行現(xiàn)狀和井下通風(fēng)需求，同時考慮到變頻技術(shù)在通風(fēng)機系統(tǒng)上發(fā)揮的諸多優(yōu)勢，決定采用變頻技術(shù)對通風(fēng)機系統(tǒng)進行技術(shù)改造。結(jié)合周圍礦井變頻器應(yīng)用情況，最終確定采用高壓大功率變頻器對通風(fēng)機電機進行無極調(diào)速。當前高壓變頻器主要有它控型和自控型變頻調(diào)速系統(tǒng)2種，前者屬速度開環(huán)控制，應(yīng)用較少；后者可以有效解決電機失步和震蕩問題，故礦井選用自控型高壓大功率變頻器。結(jié)合國內(nèi)變頻器在通風(fēng)機上的使用效果，同時結(jié)合變頻器選用應(yīng)滿足純凈輸入特性、高功率因數(shù)和合理正弦波輸出等原則，決定選用ACS5000型變頻器，該型變頻器容量4500kVA，可通過可編程控制器（PLC）實現(xiàn)變頻器的自動控制，同時，配備的監(jiān)控系統(tǒng)可以對配電情況、風(fēng)門狀態(tài)、變頻器輸出頻率、供電保護裝置、風(fēng)量、風(fēng)壓和通風(fēng)機運行狀態(tài)等方面進行實時監(jiān)控，可實現(xiàn)通風(fēng)機的閉環(huán)自動控制，大大提高了管理人員實時掌握通風(fēng)機運行狀態(tài)的精度和準度，有利于維修人員正確判斷通風(fēng)機系統(tǒng)故障和及時維修。變頻器主要由整流器、濾波器、控制器和相關(guān)電路組成，變頻器是一種利用半導(dǎo)體元件將工頻電源轉(zhuǎn)換成不同頻率的控制裝置。根據(jù)通風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速與供電電源輸入頻率關(guān)系可知，改變電機頻率和電壓可以實現(xiàn)改變電機的轉(zhuǎn)速，利用變頻器調(diào)控系統(tǒng)即可實現(xiàn)電機頻率的改變，進而實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的改變，這樣可以通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速確保風(fēng)壓符合礦井需求。節(jié)電器是基于電力、電子原理和集成芯片控制原理進行設(shè)計，將功率因數(shù)補償技術(shù)、微處理數(shù)字技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、調(diào)壓技術(shù)等融合在一起的自動控制裝置。考慮到原軸流式通風(fēng)機使用年限較長，其運行特性曲線與礦井通風(fēng)已不相符，且通風(fēng)性能已經(jīng)難以滿足當前礦井通風(fēng)需要，故決定采用AGF37.5-22.4-1FB型軸流式通風(fēng)機代替原軸流式通風(fēng)機。所選通風(fēng)機還可有效解決電機絕緣和散熱問題。

2.2解決的關(guān)鍵問題

利用變頻器實現(xiàn)通風(fēng)機的調(diào)速控制首先需要確定合理的控制方式和技術(shù)，同時還要解決電機在低頻運行過程中出現(xiàn)的發(fā)熱問題。通風(fēng)機變頻器采用DTC控制技術(shù)，這樣可滿足變頻器在電網(wǎng)出現(xiàn)瞬間停電故障時變頻器能夠通過勵磁跟蹤實現(xiàn)對電機的實時控制，可有效預(yù)防以往因雷雨導(dǎo)致的通風(fēng)機斷電事故；制定科學(xué)合理的控制技術(shù)來實現(xiàn)故障切換和反風(fēng)控制，具體可從按要求配備雙回路供電系統(tǒng)、變頻器和電機采用“二拖二”互備方式，采用真空接觸式開關(guān)等方面進行確定。為了解決電機低頻運行發(fā)熱問題，所用電機匝間絕緣等級確定為H級，溫升確定為B級，采用強迫風(fēng)冷對電機進行冷卻，通風(fēng)機滿載時變頻器發(fā)熱量應(yīng)約為75kW，配電柜外殼防護等級為IP42。

2.3變頻系統(tǒng)控制組成

變頻系統(tǒng)控制主要由高壓配電部分、低壓配電部分、變頻器部分和控制系統(tǒng)四部分組成。高壓配電部分主要指雙回路供電系統(tǒng)，低壓配電部分主要指經(jīng)由變電所將高壓轉(zhuǎn)化為低壓作為低壓供電系統(tǒng)電源；根據(jù)要求選擇容量為4500kVA的ACS5000型變頻器，變頻器和電機采用“二拖二”互備方式，采用真空接觸式開關(guān)進行自動切換；控制系統(tǒng)是指采用可編程控制器（PLC）進行通風(fēng)機運行狀態(tài)監(jiān)測、信息切換等。

3節(jié)能效果分析

經(jīng)過改造后采用AGF37.5-22.4-1FB型軸流式通風(fēng)機，根據(jù)改造要求，通風(fēng)機運行效率約為85%，根據(jù)礦井通風(fēng)實際，選取通風(fēng)機系統(tǒng)改造前原通風(fēng)機運行工況點，其各種指標參數(shù)如表1所示。采用變頻器調(diào)速后，通風(fēng)機運行效率為原功率的85%左右，即在通風(fēng)容易和困難時分別為1224kW和1755kW，按照當前礦井用電價格計算，可節(jié)約電費94.6~135.7萬元/a，可見采用變頻器對通風(fēng)機系統(tǒng)改造后的節(jié)能降耗效果顯著。變頻器單臺進價約為410萬元，可計算變頻器成本回收需要3.02~4.33a，變頻器平均使用壽命為10a，由此可知采用變頻器進行通風(fēng)機系統(tǒng)改造在經(jīng)濟上是可取的。

4結(jié)語

礦井通過技術(shù)改造將變頻器調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井通風(fēng)機系統(tǒng)，改善了通風(fēng)機運行特性，提高了通風(fēng)機起動平緩水平，且變頻器調(diào)節(jié)可實現(xiàn)PLC自動控制，操作簡單，省時省力，提高了通風(fēng)機系統(tǒng)運行效率和可靠性，對通風(fēng)機系統(tǒng)起到了較好的保護作用，有利于提高通風(fēng)機的使用性能和使用壽命。

作者:韓靜 單位:太原學(xué)院

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