煤矿通风系统变频调速控制.pdf

工 业 技术 Q 型 Sci en ce an d Tech n0j Ogy i n nova t i on Her al d 煤矿通风系统变频调速控制 孙冰’ 帅玉星 1 西北工业大学 西安 7 1 0 1 2 9 ； 2 中煤西安设计工程公司 西安 7 1 0 0 5 4 摘要 煤矿 的通风机作 为煤矿 的主要设备 之一 ， 电机功率 大 ， 每 天 得 了较 好 的节能效果 。 关键词 通风机 变频调速 移相 变压器 中压变频器P L C 中图分类号 T G 5 4 7 文献标识码 A 1系统概述 长 期 以 来 ， 煤 矿 由于 受 复 杂 的 生 产 条 件和 环境 影响 ， 在矿用设 备选型上都 采用 功率比较大的型号 ， 电机全速运 行， 大马拉 小车现象非常普遍 ， 耗能十分严重 。 如何以 技术创新 ， 降低企业的生产成本 ， 提高劳动 生产率是煤炭生产企业需要解决的迫切课 题 。 通风机作 为煤矿的 ” 四大件 ” 之 一 ， 它 每天必须2 4 h 运转， 确保煤矿井下“ 呼吸” 畅 通 ， 以防瓦斯等有害气体聚集 突出 而发生 瓦斯 等事故 。 然而随 着掘进和开采 工作面 的不 断 延 伸 ， 所 需 的 风 量 也 将 不 断增 加 ， 风 机所 用功 率也将加大 。 随 着季节和 气温的 变化 ， 煤矿井下所需的风量 也需相应调节 。 但 煤 矿 所 设 计 的通 风 机 的风 量 是 依 据 达 产 所选 型的 ， 因此通风机功 率远大于 其实际 轴 功 率 ， 造 成 大 马 拉 小 车现 象 ， 从 而 造 成 电 能的极大浪 费。 煤 矿通风机 设备 的功率都 比较大 ， 且 电机全速 运行 ， 电动机直接起 动势 必对 电 网造 成 较 大 的 冲 击 ， 将 直 接 影 响 通 风 机 的 使 用 寿 命 ， 且 影 响 其 它 用 电 设 备 的 运 行 和 寿 命 ， 因此 通 风 机 起 动应 采 用 软 起 动 方 式 。 既 要解决通 风机 的起动 问题 ， 又要 解 决通风机 的耗能问题 ， 变频调 速控制是 最 佳 选 择 。 2系统设计方案 2 ． 1系统设计原理 变频调速可 以实现 交流电机大范围内 的无级平 滑调速 ， 在运行过 程 中能随 时检 测电动机 的负载情况 ， 自动调整功率输出 ， 使 电机 始 终 处 于 最 佳 运 行 状 态 ， 在 整 个 调 速范围内均有很高的效率 ， 节能效果 明显 ， 这不但符 合国家提 倡的节能减排政 策 ， 更 能为企业节约成本 ， 创造巨大的经济效益。 高 压 变频 调速 降 低 电动 机转 速 的 办 法 ， 是改变供 电频率。 就是从1 O k V或6 k V电 源进线， 经移相变压器和高压变频器 ， 直接 输出1 O k V或6 k V 1] 电机 ， 无需升压／ 降压过 程的变频方案。 其原理图是 见图 1 。 例如 在5 0 Hz 下转速为2 0 0 0 转／ 分钟的 电动机 ， 在2 5 Hz 下转速为l 0 0 0 转／ 分钟 。 2 ． 2系统结构 由于 通风 系统 的特 殊性 ， 通风 机设 计 时均采用一 用一备的 工作方式 。 系统 主要 由高 压 电源 柜 、 高 压 变 频 器柜 ， 中央 集 控 台 及相关的高压开关柜组成 。 高压 电源柜 ， 即高压变频器的供电柜 ， 它除 了具 有常规的保 护之外 ， 还必须具 有 远程跳 闸接 口， 以便变频 器输 出跳 闸信 号 2 4 小时运转 ， 电耗 十分严重 ， 采 用高压 变频 器 1 0 ／6 k V 变频 调速 ， 取 文章编号 1 6 7 4 0 9 8 x 2 0 0 9 l 0 b 一0 0 4 3 0 1 时 ， 该开关柜可以切断变频 器的供 电电源 。 在 常 规 工 作 时 ， 高 压 变 频 器输 出 的 电 力经 变 频 输 出柜 供 给 给 一 套 对 旋 风 机 的 两 台 电机 ， 使 这 两 台 电 机 反 向 同速 旋 转 ， 为 风 机 的连续供风 提供动 力； 而 旁路柜是 变频 系统 需 要 检 修 或 故 障 时 备 用 工 频 系 统 ， 这 样对 于每 台风 机 ， 工频 系统 又成为变 频系 统 的备用 系统 ， 完全超 出了常规 系统 一用 一 备的设计要求 ， 在不用工频旁路时 ， 即没 有工频旁路柜时 ， 变频输 出柜也可以取消 ， 变频 输 出 直 接 连 接 二 台 电机 。 操 作 台是 该 系统 的控 制枢 纽 ， 采用 PLC 为控 制 核 心 ， 电 位 器 为 频率 给 定 装 置 ， 数 字 仪 表 显 示 给 定 量 及 风 机 转 速 ， 而 设 备 的 起 停 、 反风等操作主要采用按钮操 作。 P L C 负 责采 集变频 器及各控制柜 的工作状 态 ， 并 对变 频器及控 制柜进行集 中控制 ， 同时对 采集 的数据进 行集中处理 ， 对 突发事 件作 出及 时 的 响 应 。 2 ． 3系统工作原理 2． 3 ． 1 正 常工作模式 首先将要运行风机及备用风机 的扇叶 角度 均 调 整 到 最 大 位 置 ， 确 定 需 要 运 行 哪 台风机 ， 闭合变频 器电源柜 ， 然后在操作台 上进行起动操作 ， 延时3 ～5 s 后 自动缓 缓启 动变频器 ， 而 在这个过程 中， 可随时调整运 行 风 机 的 送 风 量 ， 送 风 量 由操 作 台 上 的频 率给定 电位器确定 ， 当频率增大时 ， 风量增 大 ； 频率减 小时 ， 风量减小 。 而在操作过程 中， 转速 显示仪表随 着频率 的变化而 同步 变 化 ， 直 到 满 足 系统 送 风 要 求 。 当正在运行的风机 出现故障或者 需要 检修 时 ， 系统可在操 作台 的实现 自动或 手 动 由 一 台 风 机 运 行 转 到 另一 台 风 机 运 行 。 因此 这两台风 机实现 了互 为备用 ， 可 确保 系统安 全稳定 。 2． 3． 2反风 工 作 模式 在矿井 通风试 验或 检修过 程 中， 需 要 对矿井实行反风操作 ， 系统 无需停机 ， 只需 通过 操作台上 的反风旋钮 ， 此 时运行 中的 风机就会缓缓停车 ， 然后反 向缓缓起动 ， 并 运行在 反风之前 的工作转 速上 ， 可确保矿 井在检修 及特殊情 况下的要求 。 3系统特点 1 系统采 用二套一拖 二控制方式 一 台变频 器拖动一 台风机 的两 台电机 ， 这样 就可 以使每 台电机都工作 于变频状态下 ， 对节能 、 投资及稳定性都有益处 ， 即使某台 变频 器出现故 障是 ， 另一套 系统 依然可以 变频运 行 ， 整个 系统仍可运行最佳状态 。 2 变频系统可以对运行的风机实现连 续 无级调速 。 通 过调节变频 器的输出频率 以改变风机的转速 ， 达到调节风量的 目的。 即 可 以 满 足 工 艺 要 求 ， 又 可 以 最 大 限 度 的 节 约 电 能 。 3 为使设备具备高 电压 ， 低 电流 ， 以保 证 与整体系统相 匹配 ， 变频 器输 出可以达 到 1 0 ／ 6 k V， 与1 0 ／ 6 k V电动机直接相连 ． 整 体效 率进一步提 高。 设备 内部 无需任何升 压 环 节 。 4 对 电网的 谐波 可以直 接满 足GB ／ T1 4 5 4 9 的要求 ， 电机可直接使用普通 电机 而无任 何特殊要求 。 5 变频 器 自身有过载 、 过流 、 过压 、 欠 压等完善 的 自动保护功能 。 6 为满足负荷可以在任何调速过程中 得到 良好的调速特性 ， 设备损耗降低， 变频 器 可 以 在 4 相 限 运 行 ， 能 量 直 接 回馈 电 网 。 7 操作台对所有通风系统的电气设备 实时 监控 ， 为值班人 员做出正确决 策提供 有 力的技术保证 ， 并 可对常规故 障进行 自 动处理 。 8 考虑到现场空间限制， 移相变压器 、 高压变频器和控制装置均采用组柜并列安 装 ， 以减 小变频 器体 积 。 变频 器为风 冷方 式 ， 以减小维护 量。 参考文献 [ 1 】选煤厂安全规程 ． AQ1 0 1 0 ～2 0 0 5 ． [ 2 】国家发展 改革委 、 国家环保总局 ． 关于 煤炭工业节能减排工作意见 发改能源 [ 2 0 0 7 ] 1 4 5 6 号 ． [ 3 】 通 风 机 能 效 限 定 值 及 节 能 评 价 值 ． GB1 9 7 6 l -2 0 0 5 ． 匝Ⅱ 匣 回一 匝 困一 匦 亟圃 5 0 H z 0 ～7 5 H z连续可调 图 1 科技创新 导报 Scien c e a n d Tec h n ol o g y I n n o v a t i o n Her a l d 4 3