中壓變頻器在煤礦主扇風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

郭亞存

(山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司)

中壓變頻器在煤礦主扇風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

郭亞存

(山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司)

煤礦主扇風(fēng)機(jī)是耗能設(shè)備，為充分發(fā)揮風(fēng)機(jī)性能及節(jié)能降耗，采用中壓變頻器進(jìn)行主扇風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能改造，改造后，解決了原先風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)的滯后性，確保了煤礦生產(chǎn)安全化、節(jié)能化。

中壓變頻器 風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié) 節(jié)能改造

主扇風(fēng)機(jī)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)中的重要部分，是煤礦安全生產(chǎn)中最重要的環(huán)節(jié)之一。目前煤礦主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行消耗大，造成嚴(yán)重的能耗浪費(fèi)，增加了煤礦生產(chǎn)成本。為此，運(yùn)用中壓變頻器積極進(jìn)行煤礦主扇風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能改造，降低能耗，不僅可以保證礦井安全生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本，還能提高煤礦的自動(dòng)化水平[1-2]。

1 原風(fēng)機(jī)調(diào)頻控制裝置存在的問題

(1)能源浪費(fèi)嚴(yán)重，生產(chǎn)成本增加。通常情況下，煤礦的服務(wù)年限在60 a以上，投產(chǎn)初期到穩(wěn)定開采一般在5 a左右。由于主扇風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速是不可調(diào)節(jié)的，只能對(duì)風(fēng)扇葉片或擋風(fēng)板的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此增加風(fēng)量，使得主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率提高，消耗大量能源，進(jìn)而增加煤礦生產(chǎn)成本。

(2)主扇風(fēng)機(jī)故障可能性較大。主扇風(fēng)機(jī)通常采用直接啟動(dòng)、降壓啟動(dòng)、交流電機(jī)軟啟動(dòng)方式。直接啟動(dòng)的主扇風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間較長，啟動(dòng)電流較大，直接威脅電動(dòng)機(jī)的絕緣性能，多次進(jìn)行直接啟動(dòng)，很可能會(huì)因電動(dòng)機(jī)絕緣性能不佳而燒毀電動(dòng)機(jī)。

(3)主扇風(fēng)機(jī)的安全性差。相對(duì)來說，傳統(tǒng)的主扇風(fēng)機(jī)沒有先進(jìn)科技支持，自動(dòng)控制能力較低，基本上不能實(shí)現(xiàn)主扇風(fēng)機(jī)的自我檢測、自我控制，存在諸多危險(xiǎn)隱患。

2 變頻裝置改造

2.1 變頻裝置硬件

采用中壓變頻器進(jìn)行改造，其分為電流源型、電壓源型以及功率單元型。變頻器的硬件包含主扇風(fēng)機(jī)、擋風(fēng)板、葉片、主體的變頻驅(qū)動(dòng)等。結(jié)合主扇風(fēng)機(jī)應(yīng)用需要，決定選用ABB ACS800系列中壓變頻器，該變頻器以高速DSP和CPLD芯片作為主控器件。按照主扇風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能改造要求，需要考慮中壓變頻器運(yùn)行頻率的影響、電壓電流工作額定情況等。

2.2 變頻器軟件

變頻器軟件主要為控制軟件和調(diào)速軟件。中壓變頻器軟件可以根據(jù)主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，做出適當(dāng)?shù)淖冾l調(diào)速，避免調(diào)節(jié)風(fēng)扇葉片或擋風(fēng)板的角度，很大程度上規(guī)避機(jī)械磨損，降低檢修費(fèi)用。中壓變頻調(diào)速軟件使主扇風(fēng)機(jī)采用電機(jī)軟啟動(dòng)方式，進(jìn)而規(guī)避直接啟動(dòng)方式所存在的弊端。

2.3 控制回路

中壓變頻器的控制回路為矢量控制，其性能與直流調(diào)速相近。變頻器降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而降低電動(dòng)機(jī)的輸出功率，如此可以使主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行所產(chǎn)生的風(fēng)量較多，同時(shí)節(jié)約能源。中壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用可以自行減少無功功率，省去無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用，如此可以節(jié)約設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。在PWM電壓型1 140 V級(jí)變頻器中，主電路部分為三電平電路，可以有效降低輸出諧波和電壓變化率。中壓變頻器控制原理見圖1。

圖1 中壓變頻器控制原理

3 應(yīng)用效果

3.1 節(jié)電效益

按電價(jià)0.57元/kWh，工頻24h耗電量為11931.7kW，變頻24h節(jié)約資金7626.74元，節(jié)能36%[3]。實(shí)際運(yùn)行中，中壓變頻器會(huì)將變頻調(diào)速頻率控制在43Hz，主扇風(fēng)機(jī)節(jié)電率將超過36%。

3.2 技術(shù)效果

(1)中壓變頻器調(diào)節(jié)下，主扇風(fēng)機(jī)低頻啟動(dòng)，減少電流沖擊，使主扇風(fēng)機(jī)良好運(yùn)行，且有效控制其轉(zhuǎn)速，降低維護(hù)費(fèi)用，延長使用壽命。

(2)根據(jù)實(shí)際需要，通過變頻調(diào)節(jié)風(fēng)量，不僅保證調(diào)速精準(zhǔn)，還避免扇門或主扇葉片角度調(diào)節(jié),而造成能量浪費(fèi)。

(3)中壓變頻器會(huì)根據(jù)主扇風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行需要開啟過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、短路保護(hù)以及外圍聯(lián)鎖保護(hù)等，使主扇風(fēng)機(jī)不受諧波影響，提高主扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。

4 結(jié) 語

隨著煤礦開采與掘進(jìn)的不斷延伸，通風(fēng)量會(huì)逐漸增加，使得主扇風(fēng)機(jī)超負(fù)荷作業(yè)，容易造成設(shè)備損壞且能耗大。采用中壓變頻器進(jìn)行主扇風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能改造，按照風(fēng)量需求，合理調(diào)速，滿足主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行需求，且避免能源消耗及機(jī)械損耗，保證主扇風(fēng)機(jī)長期安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，對(duì)煤礦生產(chǎn)具有積極意義。

[1] 郭 輝,吳衛(wèi)國.高壓變頻器在煤礦主扇風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的研究與應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2015,34(5):226-228.

[2] 孫 旻,任吉海,董翠霞，等.變頻技術(shù)在煤礦主扇風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化,2010,36(2):100-102.

[3] 廖日忠,薛寧超.煤礦主扇風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造應(yīng)用研究[J].中國科技縱橫,2014(13):10,24.

2016-08-05)

郭亞存(1979—)，男，礦長，工程師，碩士,034000 山西省沂州市。