變頻技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)上的節(jié)能分析

馬 揚(yáng)

（淮北市鑫龍礦業(yè)有限責(zé)任公司竇莊煤礦，安徽淮北 235000）

變頻技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)上的節(jié)能分析

馬 揚(yáng)

（淮北市鑫龍礦業(yè)有限責(zé)任公司竇莊煤礦，安徽淮北 235000）

變頻技術(shù)在礦井通風(fēng)上的運(yùn)用提高了礦井通風(fēng)自動化水平，在保證礦井通風(fēng)質(zhì)量的同時，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。淮北鑫龍礦業(yè)竇莊煤礦技改通風(fēng)機(jī)采用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)的軟啟動和設(shè)備使用壽命的增加，達(dá)到了節(jié)能降耗和提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

變頻技術(shù)；節(jié)能降耗；礦井通風(fēng)；通風(fēng)機(jī)

在煤礦生產(chǎn)過程中，礦井通風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)著井下通風(fēng)重任，是關(guān)系到人在井下安全生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，因此需要長期連續(xù)安全地運(yùn)行。礦井通風(fēng)機(jī)通常采用異步電機(jī)或同步電機(jī)拖動以實(shí)現(xiàn)勻速運(yùn)轉(zhuǎn)。礦井通風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)選型時，通常以最大開采量時所需風(fēng)量風(fēng)壓為依據(jù)，為保證后期供風(fēng)的安全會留有很大的余量。這樣導(dǎo)致礦井開采前期，通風(fēng)機(jī)運(yùn)行在低負(fù)載狀態(tài)，影響其工作效率。此外，傳統(tǒng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)方式是依靠改變蝶閥和擋板開度來實(shí)現(xiàn)，限制了風(fēng)量調(diào)節(jié)精度，造成設(shè)備損耗和能源浪費(fèi)，致使設(shè)備使用壽命縮短，生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟(jì)效益降低。

變頻器驅(qū)動代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蝶閥、擋板控制，能夠很好滿足節(jié)能要求。因此把變頻技術(shù)應(yīng)用于礦井通風(fēng)機(jī)上，對實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、節(jié)約電能和降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。

一、變頻技術(shù)優(yōu)勢

通用變頻器是隨著上世紀(jì)80年代“電力電子器件的自關(guān)斷化、模塊化，變流電路開關(guān)模式的高頻化和控制手段的全數(shù)字化”［1］55不斷發(fā)展起來的，自問世以來的20多年里，更新速度很快，變頻電源裝置不斷呈現(xiàn)出小型化、多功能化、高性能化和控制手段的全數(shù)字化。其發(fā)展歷程經(jīng)歷了五代：“第一代是20世紀(jì)80年代初的模擬式通用變頻器；第二代是80年代中期的數(shù)字式通用變頻器；第三代是90年代初的智能型通用變頻器；第四代是90年代中期的多功能通用變頻器；第五代是現(xiàn)在的集中型通用變頻器。”［2］19。其產(chǎn)品未來正朝著通過簡單控制就能運(yùn)行的小型化和操作方便、無需調(diào)整便能得到最佳運(yùn)行的多功能和高性能型和大容量，高電壓，高起動轉(zhuǎn)矩及具有環(huán)保功能方向發(fā)展。通用變頻器得到快速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，這與其變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是密不可分的。變頻優(yōu)點(diǎn)可歸納為：（1）啟動電流小，且啟動平滑無沖擊，延長設(shè)備使用壽命；（2）調(diào)速范圍廣，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)量的自動控制。（3）能夠同時改變頻率和變頻器輸出電壓，盡量避免電機(jī)出現(xiàn)過熱情況，從而達(dá)到降低故障率的目的。（4）調(diào)節(jié)精度比較高，因此節(jié)能效果很好，而且其運(yùn)行中安全性能也非常高。煤礦礦井通風(fēng)機(jī)大都采用此類變頻技術(shù)就在于其上述優(yōu)勢。

二、變頻調(diào)速原理

軸功率（功率輸出）與轉(zhuǎn)速的立方成正比（p∝n3），風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正（T∝n2），風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比（Q∝n），異步電機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n＝60f（1－s）／p，其中n為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；f為輸入電流頻率；p為旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)；s為轉(zhuǎn)差與定子磁場轉(zhuǎn)速之比，即轉(zhuǎn)差率。因此，可以說交流變頻調(diào)速是最簡單、最有效的交流異步電動機(jī)調(diào)速方法，它通過改變異步電機(jī)的輸入電流頻率，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而可達(dá)到調(diào)節(jié)功率及風(fēng)量的目的。

三、變頻技術(shù)在煤礦通風(fēng)機(jī)應(yīng)用分析

淮北鑫龍礦業(yè)竇莊煤礦風(fēng)機(jī)技改前使用工頻直接啟動，啟動電流大，產(chǎn)生的機(jī)械沖擊對設(shè)備損傷嚴(yán)重，同時調(diào)節(jié)風(fēng)量方式依賴于傳統(tǒng)的風(fēng)門，控制精度很低，很難避免設(shè)備損耗和能源浪費(fèi)，從而導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短，生產(chǎn)成本增加。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，綜合變頻器優(yōu)點(diǎn)該礦于2011年開始對通風(fēng)機(jī)采用變頻器。

《煤礦安全規(guī)程》（2011年版）第一百二十一條規(guī)定“必須保證主要通風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須安裝兩套同等能力的主要通風(fēng)機(jī)裝置，其中一套作備用，備用通風(fēng)機(jī)必須在十分鐘內(nèi)開動”［3］12。所以我們選擇型號為：FBCDZ／NO.16的主要通風(fēng)機(jī)兩套，兩套風(fēng)機(jī)每套分別配置2＊75KW電機(jī)，為了滿足一切規(guī)程規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，我們共有7臺控制柜，其中變頻器柜4臺，低壓配電柜2臺，低壓聯(lián)絡(luò)柜1臺。變頻器采用SY3200－075T4 75KW V1，我們采用了低壓配電柜2臺和變頻柜4臺，分別控制每臺風(fēng)機(jī)的二臺電機(jī)，啟動時互不影響，為基于井下通風(fēng)的連續(xù)性要求，采用了雙回路雙電源當(dāng)一臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行的變頻器出現(xiàn)運(yùn)行故障時，另一臺直接啟動運(yùn)行，確保礦井通風(fēng)安全。為了保證風(fēng)機(jī)操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，為每臺風(fēng)機(jī)都配備了電壓表和電流表，這樣就可以及時的動態(tài)監(jiān)測通風(fēng)機(jī)在實(shí)時運(yùn)行中出現(xiàn)的各種參數(shù)；再加上其上面還配備著電機(jī)軸承溫度測顯裝置，這套裝置能夠幫助連續(xù)檢測溫度的實(shí)時變化，以便能夠在溫度超出預(yù)警時及時地發(fā)出超溫信號。每臺風(fēng)機(jī)還同時擁有正反轉(zhuǎn)、停車功能，低壓控制柜面板上有蝶閥控制（開、關(guān)）和電源指示燈，操作簡單方便、直觀明了。操作人員直接設(shè)定具體的機(jī)器啟動時間，這樣的話，在緊急狀況下就能夠在5分鐘之內(nèi)完成全部的操作。變頻控制系統(tǒng)設(shè)備具體參數(shù)和變頻控制線路都經(jīng)過下面的表、圖展示，經(jīng)安裝、調(diào)試、試運(yùn)行后開始正式啟用。

表1 變頻控制系統(tǒng)具體參數(shù)

圖1 變頻控制線路

使用變頻器后，風(fēng)機(jī)由2＊75KW異步電機(jī)拖動，運(yùn)行一段時間后，經(jīng)過整體情況和工頻運(yùn)行比較后，將運(yùn)行頻率設(shè)定在30Hz單機(jī)運(yùn)行就能滿足供風(fēng)量，使用變頻器后在滿足礦井通風(fēng)質(zhì)量前提下，根據(jù)公式（其中P變頻為變頻時消耗功率，Pe為電源額定頻率，f1＝30，fe＝50）代入數(shù)據(jù)估算單機(jī)節(jié)電率為78.4%，從而看出通過變頻器的使用，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，降低了噸煤成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

通過對礦井通風(fēng)機(jī)消耗功率分析可知，通過改變變頻器的頻率，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)礦井通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約電能的目的。因此，可以說礦井通風(fēng)機(jī)節(jié)能要根據(jù)實(shí)際操作并兼顧經(jīng)濟(jì)性、可靠性，經(jīng)過綜合分析，變頻器運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)礦井通風(fēng)機(jī)投資少、效益高、見效快的效果。

［1］韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［2］商坤，王建軍.變頻調(diào)速在煤礦礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用［J］.煤礦安全，2006（7）.

［3］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

TD928.5TU834.2

A

1671-8275（2012）03-0097-02

2012-04-06

馬揚(yáng)（1987-），男，安徽淮北人，淮北市鑫龍礦業(yè)有限責(zé)任公司竇莊煤礦機(jī)電科技術(shù)員。

訾興建