淺析高壓變頻器在煤礦瓦斯抽放泵上的應用

岳萬軍

（松藻煤電有限責任公司 安全督察大隊，重慶 401448）

1 引言

瓦斯一直是煤礦企業的五大危害源之一， 提高瓦斯的抽放效果關系到煤礦企業的安全生產。 渝陽煤礦金雞巖瓦斯抽放泵采用北京利德華福高壓變頻進行技術改造后，實現了瓦斯抽放泵的軟啟動、無級調速以及電能節約。

2 設備參數及節能

2.1 設備參數

渝陽煤礦金雞巖瓦斯抽放泵目前一臺采用500 型泵，一臺采用720 型泵。500 型泵的電機功率為315kW，720 型泵的電機功率為900kW，電壓為6kV。

2.2 瓦斯泵變頻節能原理

根據泵類設備比例可知，泵類轉速n 與流量Q、揚程H 及軸 功 率P 之 間 的 關 系 為：Q1/Q2=n1/n2；H1/H2=(n1/n2)2；P1/P2=(n1/n2)3。

由上面的三個關系式可知， 降低電機的運行速度來減小流量時，其節電效果與轉速的降低成立方的關系。

如果工況情況下需要80%的流量， 則通過高壓變頻器將輸出頻率設為工頻的80%， 電機的轉速此時降為額定轉速的80%，實際輸出功率為51.2%。 從理論分析可知，變頻技術的節電效果十分明顯。 在實際情況下，電機轉速降低，泵的效率也會降低，但是節電效果還是很可觀。

渝陽煤礦現運行有6 臺瓦斯泵，其中3 臺備用，現在面臨的狀況是瓦斯泵以恒定的轉速運行，無法根據井下瓦斯涌出量以及民用瓦斯量的大小來切換或者調節瓦斯抽放量。 即瓦斯涌出量較大時滿足不了瓦斯排放要求，瓦斯涌出較小時達不到抽放濃度，處在瓦斯爆炸的范圍內，危害很大。 這種運行方式設備可靠性低，同時電能浪費比較大。

通過變頻技術對瓦斯泵電控系統進行改造， 可以根據瓦斯濃度的大小實時反饋進行閉環調節或者手動開環調節變頻器輸出的頻率，來改變電機的速度，使瓦斯泵電機運行在經濟有效地區間，這樣既滿足了生產的要求，又保證了機電設備的穩定運行，同時也降低了電能的消耗。

3 高壓變頻器改造方案確定

3.1 調速方式的選擇

（1） 液力耦合器。 在電機與負荷之間串一個液力耦合裝置，通過液面的高低調節耦合力的大小，實現負載的速度調節。這種調速方法實質上是轉差功率消耗型的做法。 缺點是隨著轉速降低效率越來越低，且維護量較大。

（2）串級調速。 串級調速主要針對繞線式異步電機，將轉子的一部分能力通過整流逆變返回電網。而我礦基本都是鼠籠式異步電機。 這種調速技術調速范圍比較窄，且對電網污染比較大。

（3）變頻調速技術。變頻調速的基本原理如n=60f（1-s）/p，通過改變電源輸出頻率來調節三相異步電動機的轉速。 這種調速方式調節范圍比較寬、設備使用壽命長、自身能耗低、日常維護量小。 缺點是價格比較高，初期投資較大。

綜上所述，對渝陽煤礦瓦斯泵采用高壓變頻技術改造，經濟上和技術上都比較合理。

3.2 變頻調速控制方式

（1）一拖一、一用一備。 瓦斯泵采用兩套北京利德華福公司的高壓變頻調速系統，一套系統控制一臺電機，另一套系統備用，分別實現對單臺電機的控制。

（2）工頻手動切換（自選）。 系統配備一套手動工頻旁路，在變頻系統故障時實現手動切換到工頻運行，提高了系統運行的可靠性。

（3）啟動曲線自設定。 系統可以實現多段速啟動，每段速啟動時間根據實際需要自己設定，實現了系統的軟啟動，同時啟動時對電網波動較小。

3.3 變頻調速控制系統的配置

高壓調速裝置由4 部分組成，控制柜1 臺，功率柜1 臺，變壓器柜3 臺，手動旁路柜1 臺。

4 高壓變頻器原理

高壓變頻器每相由5 個功率單元串聯組成， 各相中相互串聯的功率單元一端串接在一起，另一端接到電動機的，即三相Y 型輸出。 隔離移相變壓器一次側接入6kV 的電源，另一側有15 組三相繞組，分別向15 組三相功率單元供電。 每個功率單元單獨輸出PWM 波， 相間5 組功率單元輸出的PWM 波相互疊加，形成高質量的正弦波，來驅動電動機工作。

5 高壓變頻器的運行效果分析

5.1 系統運行可靠，操作簡單

高壓變頻器柜觸摸屏，中文的圖形界面，運行狀態直觀明了，各類參數可以通過觸摸屏查詢，方便及時了解設備的運行狀態，同時提示故障的原因，對故障的排除有指導意義。

5.2 系統實現了軟啟動

對瓦斯泵進行高壓變頻技改造后，電動機實現了軟啟動，啟動電流得到控制，且啟動曲線可以自己設定，對電網的沖擊減小。 延長了設備的壽命，減少了維護的工作量。

5.3 系統節電效果顯著

高壓變頻器的在大功率設備上的運用，節電效果顯著。 首先是功率因數得以提高，提高了供電質量。 其次是可以根據實際瓦斯的涌出量調節功率單元輸出的頻率，來調節電動機的轉速，從而達到節能的效果。

6 結論

采用高壓變頻技術對渝陽煤礦金雞巖瓦斯泵進行技術改造，一方面提高了系統運行的可靠性，另一方面可以根據實際瓦斯濃度來調節系統運行的參數，降低了系統電能的損耗。

[1]馬新民主編.礦山機械.中國礦業大學出版社，1999.2