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(shí)晝夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，因此礦井主通風(fēng)設(shè)備高效可靠運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)有著重要意義。

　　2 用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)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(tái)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(dòng)電機(jī)為同步電動(dòng)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(dòng)電流大，啟動(dòng)后以工頻方式運(yùn)行，無(wú)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(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

　　為了實(shí)現(xiàn)礦用通風(fēng)機(jī)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，褐煤公司二礦領(lǐng)導(dǎo)在2011年煤礦技改項(xiàng)目中，采用航空工業(yè)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的2臺(tái)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(dòng)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(xiàn)如圖1所示：

　　其中壓力曲線(xiàn)有駝峰，工況點(diǎn)如在駝峰以右區(qū)域時(shí)，通風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)是穩(wěn)定的;工況點(diǎn)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(shí)風(fēng)壓、流量發(fā)生波動(dòng)，當(dāng)工況點(diǎn)移至左下部時(shí)，流量、風(fēng)壓有激烈脈動(dòng)，并引起整個(gè)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(yùn)行。為了避免風(fēng)機(jī)在小流量時(shí)發(fā)生喘振現(xiàn)象，對(duì)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(guò)20%，效率基本無(wú)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(yùn)行，不僅不會(huì)使風(fēng)機(jī)喘振，還擴(kuò)大了風(fēng)機(jī)高效運(yùn)行的工作范圍。

　　該礦上以往的主通風(fēng)機(jī)采用工頻運(yùn)行，在運(yùn)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(fèi)，增加了生產(chǎn)成本。又由于主通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上余量特別大，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間主通風(fēng)機(jī)一直處在較輕負(fù)載下運(yùn)行，能源浪費(fèi)突出。

　　當(dāng)主通風(fēng)機(jī)采用電抗啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，啟動(dòng)電流大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣有著較大的威脅，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。而高壓電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)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(dòng)應(yīng)力，嚴(yán)重影響到電動(dòng)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(guò)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(yùn)，設(shè)備至今運(yùn)行良好。經(jīng)過(guò)集團(tuán)檢測(cè)中心的檢測(cè)，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了高效運(yùn)行，改造達(dá)到了預(yù)期目的。

　　3 用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)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(tái)，一用一備，現(xiàn)場(chǎng)2臺(tái)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(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(chēng)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-BP37-800F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如下表3所示。

　　4項(xiàng)目實(shí)施改造方案

　　根據(jù)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，旁路柜采用了一拖一工變頻自動(dòng)轉(zhuǎn)換方案。如下圖2所示。旁路柜中，共有2個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)和2個(gè)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(kāi)時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行;當(dāng)KM1、KM3斷開(kāi)，KM4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。

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

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

　　Step2: 斷開(kāi)交流進(jìn)線(xiàn)斷路器。

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

　　Step4: 斷開(kāi)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(kāi)關(guān)KM4。

　　Step6: 關(guān)閉所有的門(mén)(控制柜除外)。

　　Step7: 合交流進(jìn)線(xiàn)斷路器。

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

　　JD-BP37系列變頻器在變頻運(yùn)行中出現(xiàn)故障后，控制器發(fā)出節(jié)點(diǎn)信號(hào)控制進(jìn)線(xiàn)真空接觸器KM1和變頻器輸出真空接觸器KM3進(jìn)行分?jǐn)啵缓罂刂破飨騊LC發(fā)送變頻轉(zhuǎn)工頻信號(hào)，延時(shí)一定時(shí)間后，旁路開(kāi)關(guān)KM4進(jìn)行合閘。

　　保護(hù)：保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變。

　　5變頻運(yùn)行情況

　　5.1變頻運(yùn)行

　　變頻投入運(yùn)行以來(lái)一直穩(wěn)定運(yùn)行，輸出頻率、電壓和電流穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，變頻器網(wǎng)側(cè)實(shí)測(cè)功率因數(shù)為0.976，效率均高于96%，滿(mǎn)載時(shí)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(yùn)行，不僅節(jié)約了能源，減少了維護(hù)費(fèi)用，還降低了風(fēng)機(jī)的運(yùn)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(dòng)直觀，變頻器的運(yùn)行狀態(tài)一目了然，各種運(yùn)行數(shù)據(jù)可在觸摸屏上查詢(xún)，便于操作人員及時(shí)了解變頻器的運(yùn)行情況。變頻器操作簡(jiǎn)單，可在120秒之內(nèi)起動(dòng)至高速，短時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需風(fēng)量。簡(jiǎn)便的操作和短的起動(dòng)時(shí)間確保了生產(chǎn)安全。并且反風(fēng)比以前操作簡(jiǎn)單可靠，只需設(shè)置變頻器按反向的頻率運(yùn)行即可，完全可滿(mǎn)足10分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)反風(fēng)的要求。

　　5.3運(yùn)行數(shù)據(jù)

　　2011年5月16日，變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)如附表4所示，測(cè)試功率因數(shù)為：0.976。

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

　　由此可見(jiàn)，變頻運(yùn)行時(shí)，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(yǔ)

　　風(fēng)光牌高壓變頻器以其運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，性?xún)r(jià)比高，得到廣大用戶(hù)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(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益。