1、變頻裝置在煤礦主通風(fēng)機中的應(yīng)用與分析    摘要 主通風(fēng)機作為煤礦重要通風(fēng)設(shè)備，因設(shè)計時按生產(chǎn)最大風(fēng)量選型，致使在實際運行中存在耗能大、效率低的問題。本文對主通風(fēng)機投入使用高壓變頻器后，所產(chǎn)生的節(jié)能效果、風(fēng)量調(diào)節(jié)方式及變頻器結(jié)構(gòu)、原理等進行分析，指出了變頻裝置在煤礦設(shè)備中應(yīng)用的前景。關(guān)鍵詞 煤礦主通風(fēng)機；高壓變頻；應(yīng)用1 內(nèi)容提要鄭煤集團金龍煤業(yè)公司屬于技改礦井，設(shè)計年產(chǎn)量為0.45Mt/a，2007年投產(chǎn)，礦井于2007年3月在風(fēng)井投入2臺FBCDZ-NO26B防爆軸流式對旋主通風(fēng)機。由于該礦井處于技改初期，井田內(nèi)二1煤開采范圍較小，井下實際所需風(fēng)量3

2、6m3/s，而主扇風(fēng)葉調(diào)至最小角度時，通風(fēng)風(fēng)量為95m3/s，礦井通風(fēng)富余量為59m3/s，通過近幾年耗電量統(tǒng)計，每月電能損失極為嚴(yán)重。根據(jù)井下生產(chǎn)需要調(diào)整風(fēng)機風(fēng)量時，需要人工拆開級風(fēng)機及級風(fēng)機之間的螺栓，還要將每個風(fēng)葉的螺栓松動，通過調(diào)整風(fēng)葉角度對風(fēng)量進行調(diào)整，既費時費力，又對設(shè)備的安全運行造成隱患，降低設(shè)備使用壽命。針對以上問題，金龍煤業(yè)公司于2010年1月份別對2臺FBCDZ-NO26B主通風(fēng)機投入使用HIVERT型10kV高壓變頻器，該裝置投用后，可以在風(fēng)機運行的同時，直接通過人機界面的指示箭頭調(diào)節(jié)頻率數(shù)值，來調(diào)節(jié)所需風(fēng)量的大小，取代了人工拆開風(fēng)機調(diào)節(jié)風(fēng)量的方式；反風(fēng)時可以直接通過人機

3、界面調(diào)整風(fēng)機運行參數(shù)，即可進行反風(fēng)，取代了人工操作高壓開關(guān)柜接線方式進行反風(fēng)的方式，而且節(jié)電效果明顯，應(yīng)用效果顯著。2 系統(tǒng)及工況介紹2.1 硬件組成及主回路圖該變頻系統(tǒng)由自動切換柜、變壓器柜和單元柜組成（變壓器柜與單元柜合稱變頻柜），如圖1所示。圖1圖22.2 聯(lián)鎖介紹1）變頻器與變頻器高壓電源開關(guān)柜聯(lián)鎖，合閘允許：串入高壓開關(guān)柜接觸器（或斷路器）合閘回路。只有條件（變頻器控制電源上電、變頻器無重故障、變頻器控制狀態(tài)為“正常”）都具備了，高壓開關(guān)柜方可合閘。分閘信號：并入高壓開關(guān)柜接觸器（或斷路器）分閘回路。變頻投入狀態(tài)下，變頻器發(fā)生重故障時，分?jǐn)喔邏海?）變頻器與切換柜聯(lián)鎖運行信號：串入自

4、動切換柜的柜門電磁鎖線圈回路。變頻器運行時，柜門電磁鎖不能使用；另外將運行信號擴展分別串入切換柜的 KM1，KM2的合閘和分閘回路中，使變頻器運行時，KM1，KM2無法分合閘；3）切換柜與工頻高壓電源開關(guān)柜聯(lián)鎖KM1，KM2與工頻高壓電源開關(guān)柜互鎖：將KM1，KM2的輔助常開點串入QF1的合閘回路中，并且同時將QF1的輔助常開點串入KM1，KM2的合閘回路中。3 負載及工況介紹負載為FBCDZ-NO26B防爆對旋軸流式通風(fēng)機，電機功率分別為2×315 kW/10kV，轉(zhuǎn)速740 r/min，功率因子為0.82。應(yīng)用情況分析：1）在每臺FBCDZ-NO26B主通風(fēng)機的2臺315kW電動

5、機上采用高壓變頻控制技術(shù)進行調(diào)速控制，接線方式采用工頻與變頻兩種方式，安全可靠，其節(jié)能效果如圖2所示。圖2中曲線（1）為風(fēng)機在恒定轉(zhuǎn)速n1時的風(fēng)壓風(fēng)量（H-Q）特性曲線，曲線（2）為通風(fēng)管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線（風(fēng)門全開）。假設(shè)風(fēng)機工作在A點效率最高，此時風(fēng)壓為H2，風(fēng)量為Q1，軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH20Q1表示。如果井下生產(chǎn)環(huán)節(jié)變化，風(fēng)量需從Q1減至Q2，這時用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法調(diào)節(jié)相當(dāng)于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線（3），系統(tǒng)由原來的工況點A變到新的工況點B運行。從圖中看出，風(fēng)壓反需增加，軸功率與面積BH10Q2成正比。顯然，軸功率下降不大。如果采用變頻器調(diào)速控

6、制方式，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由n1降到n2，根據(jù)風(fēng)機參數(shù)的比例定律，畫出在轉(zhuǎn)速n2時風(fēng)量（Q-H）特性曲線，如曲線（4）所示。可見在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H3大幅度降低，功率N3也隨著顯著減少，用面積CH30Q2表示。節(jié)省的功率N=（H1-H3）×Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節(jié)能的經(jīng)濟效果十分明顯，每年可節(jié)約電費約140萬元。2）在每次調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量時，只需主通風(fēng)機司機調(diào)整顯示屏上箭頭，即可通過調(diào)整頻率數(shù)值來調(diào)節(jié)風(fēng)量，取代了人工拆開風(fēng)機螺栓及風(fēng)葉螺栓調(diào)整風(fēng)量的操作，也避免了因風(fēng)葉安裝不當(dāng)或螺栓緊固不到位而可能造成的重大事故，提高了設(shè)備運行安全系數(shù)及使用壽命，減輕了職工工作量和勞動強

7、度，為礦井通風(fēng)安全生產(chǎn)提供了可靠保障。        4 注意事項及故障處理4.1 注意事項1）每次運行變頻器的前，都要到進行上電前檢查，變頻器等無異常現(xiàn)象方可投入運行；高壓上電瞬間，任何人員嚴(yán)禁正對柜體；高壓運行時，非工作人員嚴(yán)禁在變頻器室逗留；2）嚴(yán)禁帶高壓電拉動刀閘手柄，分合任何刀閘，必須高壓柜分閘，手車搖出，方可操作；變頻器每次啟動時，都必須把風(fēng)機停穩(wěn)方可運行變頻器；3）變頻器正常運行時，頂部風(fēng)機嚴(yán)禁斷開，否則變頻器會因過熱而跳閘；變頻器運行過程中，嚴(yán)禁打開變頻器高壓出線室，變頻器和切換柜柜門上的高壓分?jǐn)喟?/p>

8、鈕，（除緊急情況下）嚴(yán)禁在變頻運行時拍下；4）變頻器有故障時會發(fā)出警報，變頻器的故障指示燈有兩種狀態(tài)，一是輕故障，故障指示燈為一閃一閃的狀態(tài)，此情況不影響變頻器的運行，復(fù)位排除不了，只要檢查一下柜門是否關(guān)緊、查看一下變壓器的溫度和單元柜溫度。二是重故障，故障指示燈為常亮狀態(tài)，這時候說明變頻器有重故障，如果復(fù)位排除不了，則與廠家聯(lián)系，并詳細說明故障現(xiàn)象；5）經(jīng)常查看變壓器溫度及變頻器柜內(nèi)溫度，變壓器溫度盡量不要超過100，柜溫不要超過45，如果溫度過高，則檢查柜頂風(fēng)機是否正常運行，濾網(wǎng)是否堵塞造成的溫度過高，及時進行相應(yīng)的處理。4.2 故障處理1）柜溫過熱：單元柜溫度大于60C°系統(tǒng)將

9、柜溫過熱保護，需檢查柜頂風(fēng)機工作是否正常；過濾網(wǎng)是否堵塞，拿A4紙置于過濾網(wǎng)上是否吸附， 則需要清潔過濾網(wǎng)；是否長期工作于過載狀態(tài)、環(huán)境溫度是否過高環(huán)境溫度應(yīng)低于45，否則需要加強通風(fēng)；2）高壓失電：高壓電源消失一般由正常分閘操作引起；出現(xiàn)異常高壓分?jǐn)嗲闆r無故障記錄、無分閘操作，檢查開關(guān)柜分閘回路；3）變頻器過流：變頻器輸出電流大于額定電流的1.5倍。檢查加速時間是否太小、轉(zhuǎn)矩提升是否過大、啟動頻率是否過高；電機或負載機械是否堵轉(zhuǎn)，電機繞組和輸出電纜絕緣是否損壞；電源電壓是否過低；單元檢測板是否有短路；4）電機過流：變頻器輸出電流大于電機額定電流1.2倍并超過1分50秒。檢查電機額定電流設(shè)置是

10、否正確；電機或負載機械是否堵轉(zhuǎn)，電機繞組和輸出電纜絕緣是否損壞；電源電壓是否過低；5）單元重故障：單元缺相時，報單元熔斷器故障。檢查是否為主電源停電引起；單元的三相進線是否松動；進線熔斷器是否完好；若熔斷器開路，更換單元；6）柜門聯(lián)鎖報警：所有柜門是否關(guān)閉，行程開關(guān)是否與柜門頂碰件壓上；行程開關(guān)行程是否合適；行程開關(guān)是否工作正常；7）變壓器超溫報警：當(dāng)變壓器溫控儀測量溫度大于其設(shè)置的報警溫度（默認(rèn)設(shè)置為130）時，溫控儀超溫報警觸點閉和；柜頂風(fēng)機或柜底風(fēng)機是否工作正常（如果柜底風(fēng)機工作不正常，可能出現(xiàn)三相溫度相差較大）、測溫電阻是否正常（如果測溫電阻斷線，將無溫度顯示；如果接觸不好，溫度值將偏高），過濾網(wǎng)是否堵塞（拿一張A4紙置于過濾網(wǎng)上，看是否能吸附，否則需要清潔過濾網(wǎng)）；是否長期工作于過載狀態(tài)、環(huán)境溫度是否過高（環(huán)境溫度應(yīng)低于45，否則需要加強通風(fēng)（墻上安裝通風(fēng)機或柜頂安裝風(fēng)道）或安裝制冷設(shè)備；安裝于變壓器柜內(nèi)正面底部的風(fēng)機開關(guān)和接觸器是否斷開。5 結(jié)論金龍煤業(yè)公司自2010年在2臺FBCDZ-NO26B防爆軸流式對旋主通風(fēng)機投入使用高壓變頻器后，節(jié)能效果十分明顯，每年可節(jié)約電費約140萬元，而且在調(diào)節(jié)風(fēng)量操作簡單易行，取代了人工拆開風(fēng)機及風(fēng)葉螺栓調(diào)整風(fēng)量的操作，提高了設(shè)備運行可靠性、安全系數(shù)及使用壽命