变频启动技术在煤矿运输与通风设备上的应用.pdf

2 0 1 6 年第 1 1 期 娃晨 斜 ’技 1 l 3 变频启动技术在煤矿运输与通风设备上的应用 魏力云 西山煤 电西铭矿安监处 ，山西 太原 0 3 0 0 5 2 摘要 变频启动技 术 已经广泛应 用于煤 炭生产和运输行业 ，极 大地 降低 了能耗和 经营成本 。煤矿运 输与通风设备作为 煤矿生产的主要设备，应用变频启动技术后，将能有效延长设备的使用寿命，实现节能增效。本文从变频启动技术概述入 手， 研究和探讨变频启动技术在煤矿运输与通风设备上的应用，以供参考。 关键词 变频启动技术 煤矿运输 通风设备 中图分 类号T M9 2 1 ．5 1 T D6 3 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 6 ． 1 1 ． 0 4 6 Ap p fi c a t i o n o f f r e q u e n c y c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y i n c o a l mi n e t r a n s p o r t a tio n a n d v e n ti l a tio n e q u i p l me n t W e i Li - yu n X i s h a n c o a l e l e c t r i c i t y X i mi n g C o a l Mi n e S a f e ty S u p e r v i s i o n De p a r t me n t ， S h a n x i T a i y u a n 0 3 0 0 5 2 Ab s t r a c t Th ee q u e n c y c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y h a s b e e n wi d e l y u s e d i n c o a l p r o d u c t i o n a n d t r a n s p o r t a t i o n i n d u s t r y , wh i c h g r e a t l y r e d u c e s t h e e n e r gy c o n s u mp t i o n a n d o p e r a t i n g c o s t s ． Co a l t r an s p o r t a t i o n an d v e n t i l a t i o n e q u i p me n t a s the ma i n e q u i p me n t o f c o a l mi n e p r o d u c t i o n ， the a p pl i c a t i o n o f f r e q u e n c y c o n v e r s i o n t e c hn o l o gy , wi l l b e a b l e t o e ffe c t i v e l y e x t e n d t h e s e r v i c e l i f e o f the e q u i p me r i t ， t o a c h i e v e e n e r g y e ffic i e n c y ． s t a r t i n g f r o m the i n t r o d u c t i o n o f f r e q u e n c y c o n v e rsi o n t e c hn o l o gy, thi s p a p e r s t u d i e s an d d i s c us s e s the a p p l i c a t i o n o f f r e q u e n c y c o n v e r s i o n s t a r t i n g t e c hn o l o g y i n c o a l mi n e t r a n s p o r t a ti o n a n d v e n t i l ati o n e q u i p me n t f o r r e f e r e n c e ． Ke y wo r d s f r e q u e n c y c o n v e r s i o n s t a r t t e c hn o l o gy c o a l t r a n s p o r t a t i o n v e n t i l a t i o n e q u i p me ri t 1 变频启动技术概述 变频技术是在定频基础上发展而来，其技术核 心是变频器。变频启动技术，就是变频技术的进一 步延伸 ，以变频模式来控制电动机转速启动。通过 转换供电频率来 自动调节 电动机运转速 1 把 5 0 H z的固定电网频率扩展为 3 0 ～ 1 3 0 H z的变化频 率， 2 使电源电压的适应范围扩展到 4 2 - 2 7 0 V。 不仅有效解决了电网电压不稳定而影响用电设备工 作的难题 ，还充分发挥了变频技术的优势，为节能 降耗 、降低成本奠定了基础。 变频技术在家电行业广泛应用，其节能环保特 性也广为人知。在煤矿领域 ，变频技术也得到了一 定程度的应用，如矿井提升机 、主要排水泵等。煤 矿在生产过程中，各种生产设备用电占整个系统用 电的 7 0 ％ 以上 ，运输设备 、通风设备都是大功率设 备 ，用电量大、能耗高，在启动、加减速和制动过 收稿 日期 2 0 1 6 0 8 0 1 作者简介魏力云 1 9 8 1 ． 男 河北邢台人 ， 本科学历，机电 工程师。主要从事井下机电安全管理工作。 程中负荷变化也很大 ，容易造成电网电压的动，甚 至影响电力系统的正常运行。因此 ，引入变频技术 已经成为改善电力电气设备性能的重要途径 【 1 】 。 2 变频启动技术在煤矿运输设备上的应用 2 ． 1 在矿井提升机上的应用 矿井提升机是煤炭等进出井筒的主要运输工 具，其对设备的电气特性要求很高，直接关系到煤 矿的生产效率和安全。变频技术在矿井提升机中应 用 ， 主要以P L C系统和高压变频调压控制系统为主。 一 般采用单元串联多电平能量回馈型四象高压变频 调压控制系统设计 ，不仅能增强高压 回路与低压控 制回路之间的通讯联系，还能有效提高系统的抗扰 性和安全性。使提升机在提升全程中，具备更加完 善可靠的速度控制、位置控制 、动态画面监视和保 护等功能。从而使矿井提升机在启动、加减速和制 动过程中的性能得到有效提升，同时还可以减少对 设备和辅助设备的机械冲击和震动，确保矿井提升 机安全 、稳定运行。矿井提升机变频应用见图 1 。 1 1 4 童 娃晨 斜技 2 0 16 年 第 l 1 期 图 1 矿井提 升机变频结构示意图 大 圆为提 升滚筒 2 ． 2 在带式输送机上的应用 带式输送机是煤矿输送煤炭的重要设备，动力 设备一般为交流电动机 ，以工频拖动、液压传动方 式进行煤炭运输。这一方式改善了煤炭运输条件 ， 但也存在一些问题，如启动电流过大、机械冲击力 强、传动效率较低等。随着变频启动技术 的应用 ， 使带式输送机 的性能得 以有效提升。 1 变频器 可以实现设备和系统的软启动等功能，保证设备和 系统能够平稳启动和运行； 2 由于带式输送机 往往存在运输距离长、负荷重、倾角大等问题 ，使 其经常会出现带载或重载启停等情况 ，甚至导致胶 带断裂、打滑、跑带等安全问题。而变频技术可以 通过启动技术有效解决这些问题，消除断带等安全 事故隐患。带式输送机变频应用如图 2 。 图2 带式输送机变频结构示意图 2 _ 3 在运输设备上的应用效果 1 启动电流小。变频技术能有效减少大功 率运输设备电机启动时对电网的冲击效应 ，并减少 对同一电网中的其他电气设备的冲击和影响； 2 调节启停时间。变频技术可以对输送设备的启动和 停车时的加速度进行调节，确保平稳启动和停车， 减少机械冲击力的影响； 3 重载启动性能优越。 变频器采用矢量控制方式，低频运转输出效率能达 到额定转矩的 1 ． 5 倍，使胶带输送机重载启动时更 加平稳 ； 4有效降低能耗。主要表现在对 电动 机的转速调整 ，主要是依据运输设备的荷载来进行 的，变频技术有效提升了有功功率和传送效率。 3 变频启动技术在煤矿通风等机械设备上的应用 3 ． 1 在 空气压缩机上的应用 传统的空气压缩机存在耗 电量大、空转率高、 启动频繁等问题，容易造成电能的极大浪费和设备 寿命的减少。采用变频器驱动空气压缩机 ，通过检 测储气罐压力实现系统压力闭环控制，自动调节空 气压缩机的转速和运转台数。每台压缩机都由变频 器来控制，可以实现带载软启动，较好的避免设备 启动时的机械冲击。系统循环带载软启动和循环停 车的方式，能够较好地实现风量的连续、可靠调节， 确保了总管的压力稳定。示意图如图 3 。 图 3 空气压缩机 变频结构示意 图 空气压缩机引入变频启动技术后，具有以下优 点 1 供风质量较好。变频启动技术改善了电 动机的启动性能，使管网风压的幅值变化减小，风 力的负荷相对稳定 ，极大地提高了压缩机的生产效 率； 2 噪声降低。变频启动技术使 电动机的启 动更加 自动化，避免了一直工作产生较大的噪声； 3 操作简便。变频启动技术使空气压缩机 自动 化程度更高， 操作更加简便； 4 延长了设备寿命。 变频启动技术改善了空气压缩机的运行状态，减少 了设备运行时间和机械冲击力，使设备的寿命相应 2 0 1 6 年 第 l l1 期 a 4, 娃晨 l 1 5 延长 J 。 3 ． 2 在通风机上的应用 传统通风机调节风量时， 往往是通过调节挡板， 这种简单的机械装置虽然简单 ， 但运行经济性较差， 产生较大的风阻而导致电能浪费极大。由于一般情 况下矿井巷道内负压与风量成正比关系，所以通过 检测通风负压可以实现风速闭环的自动调速控制， 这就为变频启动技术提供了用武之地。采用变频启 动技术后 ，可直接通过变频器控制风机启动，利用 变频器 P I D控制电机调速 ，以得到合适的风量 ，满 足煤矿井下巷道内不同时段风量的需要。通风机变 频应用结构见图 4 。 图 4 通风机 变频 应用结构示意 图 3 ． 3 在通风设备上的应用效果 1 改进了设备性能。变频启动技术的应用 ， 使通风设备电气系统得到简化，有效降低的设备故 障率 和能耗 ； 2电机具备软启动功能。采用变 频启动技术后 ，在一定程度上可以使电动机启动时 从零开始使电流和频率缓慢增加，直至所需的实际 电流。较好地解决了电流的安全性问题 ，并使得电 动机 的启动损耗得以彻底解决 ； 3 提高了功率 因数。理论上变频器 的功率因数为 1 ，考虑杂散损 耗等因素，变频器的功率因数应该达到 0 ． 9 5以上； 4降低运行噪音。变频启动技术使 电动机的转 速小于额定转速 ，从而有效降低 了风机的噪音，连 带降低了机械磨损 ，改善了运行环境； 5 保护 功能齐全。一方面使设备操作更加简便，另一方面 具有记忆判断功能 ，有效提高了设备的可靠性，降 低了设备的维护、保养和修理费用。 【 参考文献 】 [ 1 ] 叶的旺． 变频技术在煤矿井下胶 带运输系统 中的 应用 [ J ] ． 中小企业管理与科技 ， 2 0 0 9 ， 1 3 2 6 5 - 2 6 6 ． D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 3 - 1 0 6 9 ．2 0 0 9 ． 1 3 ． 2 4 4 ． [ 2] 刘瑞国 ， 孙玉霞 ， 刘芒果等 ． 变频调速技术在煤矿 固定设备中的应用[ J 】 ． 煤矿机械 ， 2 0 0 5 ， 9 1 3 0 ． 1 3 2 ． D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 3 - 0 7 9 4 ． 2 0 0 5 ． 0 9 ． 0 6 4 ． [ 3] 韩三彩 ． 高压变频器在煤矿主通风机设备上的应 用 【 J ] ． 能源与节能 ， 2 0 1 5 ， 9 1 4 6 1 4 7 ． D OI 1 0 ．3 9 6 9 ／ i ． i s s n ． 2 0 9 5 - 0 8 0 2 ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 7 0 ． 上接第 1 1 2 页 方式经常采用直接接地方式 ， 但是由于系统电压低 ， 所以通常采用三相五线制，零线的作用是获得低 电 压 ，地线的作用则是保障电网安全。 4 中性点在电力系统 中的作用和地位 中性点不仅对电力系统安全性、经济性和可靠 性起着关键性作用 ，还外对 日常通讯、人身安全和经 济发展有一定影响。电力系统中变压器中性点接地方 式的选择的合适不合适，关系着电网能否安全运行。 它与电网的绝缘水平、 系统的供电可靠性、 保护配置、 发生故障时的短路电流大小及分布等有着密切关系。 据统计，发生电路故障时，接地故障占百分之八十 以上 ，如何能更快的感应到零序电流，和变压器中 性点的接地有直接联系。合理选择变压器的中性点 接地对提高电力系统稳定性和安全性、减少和消除 系统故障对设备危害有着非常重要的意义。 5 总结 保持输配电安全稳定必须合理的选择电力系统 的中性点接地运行方式，这是维持输电安全的重要 方法之一， 所以在对电力系统中J I生 点进行规划、 装配、 控制、管理时，要考虑实际情况以及根据相关的规 定和要求并及时采取措施进行调节。电网建设会面 临很多问题，需要不断进行探索和进行技术改革， 同时还需要积累经验和教训 ，不断提升技术水准。 【 参考文献 】 [ 1 ] 陈劲迭，崔泰琰，姚腾飞 ． 浅谈电力系统供 电可 靠性 [ J ] ． 中国西部科技，2 0 1 1 1 8 ． [ 2 ] 张良，李晋民 ． 对侧运行方式对零序 电流保护的 影响 [ J 】 ． 电力学报，2 0 1 1 4 ． [ 3] 王海腾，邢友文 ． 浅谈 电力系统中性点的运行方 式 [ J ] ． 内蒙古石油化工， 2 0 1 1 1 0． [ 4 ] 马润芝 风电厂汇集线 系 统中性点两种接地方式对 比应用分析 [ J ] ． 城市建设理论研究 ， 2 0 1 4 3 6 ．