高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在煤礦通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用

作者簡介：邢兵兵（1987-），男，機(jī)電助理工程師，畢業(yè)于安徽理工大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，現(xiàn)工作于安徽神源煤化工有限公司鄒莊煤礦，長期從事煤礦機(jī)電管理研究工作。

摘 要：大功率感性負(fù)載在直接啟動過程中會產(chǎn)生比其額定電流值大得多的啟動電流，對設(shè)備和電網(wǎng)都存在較大的沖擊，針對這一弊端，本文介紹了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在煤礦主通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用，通過變頻的啟動方式使大功率感性負(fù)載的啟動過程趨于平滑，減小大功率感性負(fù)載啟動時對電網(wǎng)及設(shè)備本身的沖擊。

關(guān)鍵詞： 通風(fēng)機(jī) 啟動電流 節(jié)能 高壓變頻調(diào)速

中圖分類號：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

1 概述

目前，高壓變頻調(diào)速技術(shù)【1】已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的一個主要發(fā)展方向。其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果以及改善現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行工況，提高系統(tǒng)的安全可靠性、設(shè)備利用率，延長設(shè)備使用壽命等優(yōu)點(diǎn)隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大而得到充分的體現(xiàn)。大功率變頻調(diào)速裝置主要應(yīng)用于：風(fēng)機(jī)、泵類等通過調(diào)速控制大量節(jié)能的場所。如采礦、冶金、石油化工、火力發(fā)電等行業(yè)。

2 存在問題及現(xiàn)狀

鄒莊煤礦主通風(fēng)系統(tǒng)配置兩臺FBCDZ No36型對旋風(fēng)機(jī)，一臺運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺備用，每臺風(fēng)機(jī)配置兩臺900KW、10KV防爆電機(jī)。工頻啟動時采用串電抗器降壓啟動，設(shè)備工頻運(yùn)行方式將存在以下幾個問題：（1）電能的嚴(yán)重浪費(fèi)。由于工頻運(yùn)行的電動機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)，只能調(diào)整風(fēng)機(jī)葉片的角度進(jìn)行風(fēng)量、壓力調(diào)節(jié)，因此造成能源浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本。（2）電機(jī)雖然可以不帶載啟動，但仍然有好幾倍的沖擊電流，造成電網(wǎng)電壓的波動，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。

3 高壓變頻器調(diào)速節(jié)能原理

高壓變頻技術(shù)是通過改變風(fēng)機(jī)電源的頻率來達(dá)到改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，直至滿足礦井通風(fēng)需要，通過變頻器，風(fēng)機(jī)可以通過礦井通風(fēng)需要實(shí)時調(diào)速運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在高效區(qū)。

從理論上我們可知，電機(jī)的轉(zhuǎn)速N 與供電頻率f有以下關(guān)系：【2】

其中：p—電機(jī)極對數(shù) s—轉(zhuǎn)差率

由公式可知，轉(zhuǎn)速N與頻率f 成正比，如果不改變電動機(jī)的極數(shù)，只要改變頻率f 即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)頻率f在0—50Hz 的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過其內(nèi)部整流、逆變及控制單元來改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

4 高壓變頻器設(shè)計(jì)方案

針對現(xiàn)場抽風(fēng)機(jī)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)采用一拖二的啟動方式，電動機(jī)可以通過工頻/變頻切換柜的上下隔離刀閘選擇變頻或者工頻運(yùn)行方式。

鄒莊煤礦兩臺風(fēng)機(jī)一臺變頻運(yùn)行，另一臺工頻備用，這樣可以防止變頻器出現(xiàn)故障時不能及時切換工頻運(yùn)行。

本系統(tǒng)采用HARSVERT-VA10/135系列變頻器，配套使用1#/2#風(fēng)機(jī)切換柜、1#風(fēng)機(jī)變頻/工頻切換柜和2#風(fēng)機(jī)變頻/工頻切換柜，整套變頻裝置有以下特點(diǎn)：

4.1 輸入電壓適應(yīng)性強(qiáng)

輸入電壓允許波動±10%，這樣就避免了由于電網(wǎng)電壓波動造成的變頻器不能正常工作。

4.2 掉電恢復(fù)再啟動功能

電網(wǎng)掉電，在設(shè)定時間內(nèi)（系統(tǒng)默認(rèn)：20S）電網(wǎng)恢復(fù)正常，變頻器可自行啟動，系統(tǒng)可自動計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無沖擊再啟動，恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)。

4.3 可靠性設(shè)計(jì)理念貫穿整體，使設(shè)備更穩(wěn)定運(yùn)行

功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡單，主回路采用的IGBT功率模塊，具有較大冗余，提高電壓利用率。

4.4 靈活多樣的通訊方式

控制系統(tǒng)由主控箱、人機(jī)界面（嵌入式工控機(jī)）、PLC三大部分構(gòu)成，三大部分各有分工，又互相通訊、協(xié)同工作。人機(jī)界面和主控箱及PLC之間均采用RS485進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；主控箱和PLC之間采用RS485及硬線建立通訊。通訊協(xié)議為公司內(nèi)部的自定義協(xié)議。

4.5 高質(zhì)量的功率輸入、輸出

HARSVERT-VA10/135系列變頻器在電源側(cè)采用多重化整流技術(shù)，輸入功率因數(shù)高，諧波少，無需功率因數(shù)補(bǔ)償/諧波抑制裝置，對電網(wǎng)污染小。

5 變頻改造實(shí)現(xiàn)的效果

（1）變頻啟動對電網(wǎng)幾乎沒有沖擊，風(fēng)機(jī)使用變頻啟動的方式就相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)軟起動，在很大程度上也降低了對機(jī)械設(shè)備的硬性沖擊。（2）傳統(tǒng)的直啟或者串電抗器啟動風(fēng)量調(diào)節(jié)很大程度上取決于蝶閥和風(fēng)門，而變頻啟動則是通過改變電源頻率調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，且調(diào)節(jié)范圍廣，因而可以根據(jù)生產(chǎn)需要隨意調(diào)節(jié)風(fēng)量，既降低了勞動強(qiáng)度也減少了不必要的浪費(fèi)。（3）風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時工作強(qiáng)度較大，一直處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，變頻運(yùn)行的方式能有效避免這一不足，使風(fēng)機(jī)的大部分工作時間都在較低的速度下運(yùn)行，因此在很大程度上降低了風(fēng)機(jī)工作的機(jī)械強(qiáng)度，也將會大大延長風(fēng)機(jī)的使用壽命。 （4）變頻運(yùn)行也使管道的壓力相應(yīng)降低，使密封條件得到有效緩解，也減少了檢修和維護(hù)的工作量。

工頻變頻運(yùn)行參數(shù)對照表

項(xiàng)目風(fēng)量（m3/s）運(yùn)行電流軸功率（KW）

工頻-9°雙級25078A672.8

變頻0°雙級25027A291.1

由上表可以看出，當(dāng)風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量相同時，投入變頻后每年節(jié)約電量：（672.8-291.1）*24*365=3343692Kwh，為全礦創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]張皓，續(xù)明進(jìn)，楊梅.高壓大功率交流變頻調(diào)速技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2006.

[2]李發(fā)海，王巖.電機(jī)與拖動基礎(chǔ)（第3版）.清華大學(xué)出版社.2005.