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      1. 煤炭行業

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        大同煤礦集團焦家寨礦通風機變頻改造 Datong Coal Mine Group Jiaojiazhai Fan Frequency Conversion Transformation

        2014-05-03 16:51:00
        山東新風光電子科技發展有限公司  郭延沖 陳建行
        大同煤礦集團焦家寨礦 于虎貴 李美瑞 郭鵬飛
        Guo Yanchong  Chen Jianhang  Yu Hugui  Li Meirui  Guo Pengfei
        摘 要:本文介紹了風光牌高壓變頻器在大同煤礦集團焦家寨礦通風機上的應用情況。應用結果表明,采用高壓變頻器對煤礦通風機設備進行調速節能改造,具有良好的經濟效益和社會效益。
        關鍵詞:高壓變頻器 礦用通風機 節能
        Abstract: This Paper describes the Fengguang cards high voltage inverter on the fan in Jiaojiazhai mining in Datong Coal Mine Group . The results show that the use of high voltage inverter on mine fan speed energy-saving equipment, with good economic and social benefits.
        Key words: High voltage inverter  Fan for mine  Energy-saving
        1引言
        大同煤礦集團有限責任公司(同煤集團),是中華人民共和國第三大煤礦國有企業,公司總部位于中國煤炭重地山西省大同市,擁有煤田面積6157平方公里,總儲量892億噸。焦家寨井田位于山西寧武煤田東北部,地處山西省原平市境內,軒崗礦區南西,始建于1958年7月,礦井核定生產能力為150萬t/a。礦井通風方式為混合式。開拓方式為單水平開拓,通風方法為機械抽出式,主立井、副立井進風,1#斜井和2#斜井回風。
        1#斜井風機通風機房安設兩臺型號為FBDZ-10№28的軸流式通風機,電機額定功率為2×450kW,一臺運行,一臺備用。2#斜井風機通風機房通風機原來使用2臺對旋風機,采用一用一備,電機功率為450kW,轉速740r/min,電壓為6000V,原風機為八十年代中期安裝使用,磨損嚴重,漏風嚴重,維護量大,影響了煤礦通風安全。為了實現礦用通風機高效經濟運行,焦家寨煤礦領導在2013年煤礦技改項目中,采用2臺FBCDZ№34的軸流式通風機更換2#斜井原有通風設備。兩臺風機采取一臺運行,一臺備用。
        風機銘牌參數為:
        風機型號:FBCDZ№34
        風量:160~320m3/s
        風壓:4750~1700Pa
        功率:2×800kW
        風機轉速:595r/min
        電機型號:YBF710M1-10
        額定電壓:6000V
        額定電流:100A
        轉速:595r/min
        2#斜井風機服務于521采區,風機負壓3610Pa,風量8425 m3/min 。通風系統阻力為3065Pa。風機(521區)主測路線通風系統風阻為0.1957 N·S2/M8。礦井綜合等積孔為5.13m2。該礦通風難易程度屬于容易。通風系統自然風壓hn2#為48.0Pa。
        2 礦用通風機風機變頻調速節能研究
        礦井通風設計過程中,有些時候很難計算管網的阻力,通常總是把系統的最大風量和風壓裕度作為選型的依據,但風機的型號和系列是有限的,往往選取不到合適的風機型號時就往上靠,一般裕度大于20%~30%。因此這些風機運行時,首先調節風機風葉到合適角度,如果風機風量不滿足礦井通風要求,再調節風門或風道擋板的開度來滿足生產工藝對風量的要求。風機機械特性為平方轉矩特性,風機運行時,靠調節風門或者風道擋板的開度來調節風機風量的方法,稱為節流調節。在節流調節過程中,風機固有特性不變,僅僅靠關小風門或擋板的開度,人為地增加管路的阻力,由此增大管路系統的損失,不利于風機的節能運行。采用變頻調速控制裝置,通過改變風機的轉速,從而改變風機風量以適應生產工藝的需要。風機以調速控制方式運行能耗最省,綜合效益最高。交流電機的調速方式有多種,變頻調速是高效的最佳調速方案,它可以實現風機的無級調速,并可方便地組成閉環控制系統,實現恒壓或恒流量的控制。
        3風光牌JD-BP37-1000F 高壓變頻器技術參數
        山東新風光電子公司是國家高新技術企業,生產的風光牌JD-BP37系列高壓變頻器榮獲“中國名牌”稱號,高壓變頻器以高速DSP為控制核心,采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯多電平技術,屬高-高電壓源型變頻器,其諧波指標遠小于IEEE519-1992的諧波標準,輸入功率因數高,輸出波形質量好,不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,可以使用普通的異步電機。
        JD-BP37-1000F 高壓變頻器技術參數如表1所示。
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        4改造主回路控制方案
        風光高壓變頻調速系統由一次回路進線柜(旁路柜)、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護過程中或變頻器出現故障時,將電機投入到工頻電網運行,保證生產不受影響。變頻運行時,變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖1所示。
         
        圖1 旁路柜一次回路圖
          DL:用戶高壓斷路器
          K1、K2、K3:高壓變頻器內置高壓隔離開關
          BPQ:JD-BP37-1000F高壓變頻器
          D:800kW/6kV異步電動機
        圖1手動旁路柜中,共有3個高壓隔離開關,為了確保不向變頻器輸出端反送電,K2與K3采用電磁互鎖操動機構,實現電磁互鎖。當K1、K2閉合,K3斷開時,電機變頻運行;當K1、K2斷開,K3閉合時,電機工頻運行,此時變頻器從高壓中隔離出來,便于檢修、維護和調試。
        旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖, DL合閘時,絕對不允許操作旁路隔離開關與變頻輸出隔離開關,以防止出現拉弧現象,確保操作人員和設備的安全。現場高壓變頻器運行如圖2所示。2#斜井主扇風機監測系統如圖3所示。
         
         
        圖2 高壓變頻器運行照片
         
        圖3  2#斜井主扇風機監測系統
        5  2#斜井主通風機操作規程
        5.1運行操作
        5.1.1開機前運行檢查
        1、內部檢查:風機內部檢查需經帶班司機同意后,方可進入。檢查完畢,全部人員撤出,經核查,無遺漏人員和物品,方可關閉檢查門。
        2、電器設備檢查
        (1)高壓開關柜各部螺絲接線緊固,無變色和冒火痕跡,手車操作靈活,閉鎖動作可靠,各種保護動作準確無誤。
        (2)變壓器接線緊固,不超溫。
        (3)低壓配電柜操作手柄操作靈活,接線螺絲完整齊全,無變色及冒火痕跡,各儀表及指示燈指示準確。
        (4)電氣設備接地正常、可靠。
        (5)變頻器內各部螺絲緊固、齊全、無變色。
        (6)各繼電器整定值合理、動作可靠,儀表指示準確。
        (7)溫度巡檢儀及溫度報警裝置性能穩定、工作可靠。
        5.1.2啟動操作(以啟動1#風機為例)
        1、先把1#風機蝶形門打開,把2#風機蝶形門關閉;
        2、先接通1、2號變頻器的控制電源(合控制柜小型斷路器QF1,合UPS開關);
        3、將旁路選擇撥到“手動”位置;
        4、變頻運行時,先關閉所有柜門,置“分斷”檔,合K2,合K1(隔離開關的操作方法:按住電磁鎖的紅色按鈕,電磁鎖發出震動聲,指示燈亮,說明可以操作,將鎖栓拉出,然后再操作隔離開關),然后置“工作”檔,再將對應高壓柜合上(先將斷路器手車搖至工作位置,然后合斷路器,合閘指示燈亮,電壓顯示正常),變頻器柜高壓帶電顯示裝置的三相指示燈亮,變頻器處于就緒狀態。
        5、根據需要,將變頻柜門選擇開關撥到“本控”或是“遠控”位置;
        ⑴本控操作
        變頻柜門上的旋鈕撥到“本控”,兩名司機分別站在相對應的一和二變頻器柜前同時撥動一、二變頻器上的旋鈕撥到正轉位置,一、二級電機啟動,運行到設定頻率時,兩級電機的輸出電流在100A以內,說明1#風機已啟動。
        ⑵遠控操作
        ①將變頻柜門上的旋鈕撥到“遠控”,然后司機到電腦上進入操作畫面,點擊上位機控制,再點啟動1#風機的1級、2級電機,風機啟動。
        ②直接到電腦上進入操作畫面,點上位機控制,待操作由本控變為集控時,點擊啟動1#風機的1級、2級電機,風機啟動。
        5.1.3停機步驟
        1、同時將1、2號變頻柜門上的旋鈕撥“停止”位置,待頻率降為0Hz;
        2、停相對應的高壓開關柜,分閘指示燈亮;
        3、停UPS,停QF1。
        5.2倒機步驟(以停1#機倒為2#機例)
        1、待1#機停穩后,關閉1#機的蝶閥,開啟2#機的蝶閥;
        2、啟動2#風機,步驟和1#風機相同。
        5.3主通風機運轉中的檢查
        1、每小時檢查一次風量、負壓、電動機電流、電壓,變頻器的電流、電壓、頻率及各部溫度等并將檢查結果填入記錄本內。
        2、每小時巡回檢查一次電氣設備、風機的振動情況等。
        5.4發生下列情況之一時,主通風機司機應立即進行倒機并報告隊領導和調度室,要求派人檢查處理。
        1、軸承溫度,電機溫度出現超溫報警。
        2、變壓器出現超溫等報警。
        3、變頻器報故障。
        4、任何部位發生異響又無法排除(風機內出現異響或嚴重振動)。
        5、電機電流或電壓超過允許值。
        6、上位機上風量、負壓等數值有異常變化。
        5.5其他安全注意事項
        1、主通風機因事故或其它原因全部停止運轉時,必須打開防爆門,實行自然通風;再次啟動風機時必須待風機停穩后,方可再次啟動;
        2、主通風機運轉中,嚴禁打開各檢查門、孔,防止意外事故;
        3、嚴禁高壓電未斷的時候,切斷變頻器的控制電源。
        6現場應用情況
        焦家寨煤礦通風機選用JD-BP37-1000F風光變頻器4套,于2013年7月2日變頻器一次性投運成功,至今運行正常。變頻運行后,風門全部打開,用戶根據所需風量風壓實時調節變頻器頻率,進而調節通風機運行工況。不僅完全滿足煤礦生產工藝要求,而且用戶操作非常方便。現場調試中發現,1#風機的前后兩級電機采用高壓變頻器分別獨立控制,可以有效避免喘振現象。現場測試1#風機有關數據如下。一級電機運行參數,運行頻率:43Hz,變頻輸入電流:40.3A,輸入電壓:6.22kV,輸出電壓:5.35kV,輸出電流:75.3A;二級電機運行參數,運行頻率:39Hz,變頻輸入電流:45.3A,輸入電壓:6.31kV,輸出電壓:4.92kV,輸出電流:76.5A。人機界面現場照片如圖4所示。
         
         
        圖4 高壓變頻器人機界面現場照片
        概括來說,通風機采用高壓變頻器有以下效果:
        (1)變頻起動對電網沒有任何沖擊。由于變頻器改造后風機可以實現變頻軟起動,避免了起動電流的沖擊。
        (2)按需調節風量,避免浪費。進行變頻改造后,風機的送風量不再需要由風門來調節,而是由變頻器通過變頻調節風機的轉速來實現,調節范圍可以從0%~100%;因而可以根據井下生產需要隨意調節風量,減少了不必要的浪費。經現場測試數據計算,風機變頻運行時比工頻運行相比,節電率高達46.4%。
        (3)降低風機工作強度,延長使用壽命。進行變頻改造后,風機的大部分工作時間都在較低的速度下運行,潤滑條件改善,因而大大降低了風機工作的機械強度和磨損,將會大大延長風機的使用壽命。
        (4)保證了風機安全運行,避免了風機前后級電機的喘振現象。在調試中,發現當前后級電機在40Hz左右運行時,風機前、后級電機波動較大,當風機一級電機運行頻率43Hz,二級電機運行頻率39Hz,可以滿足礦井通風要求,風機運行平穩。
        (5)監控界面全為純中文操作,操作簡單,使用方便。
        7結束語
              大同煤礦集團焦家寨礦通風機經過變頻改造之后,不僅達到了良好的節能效果,并且使整套通風系統的穩定性提高了一個大臺階。隨著國家對節能減排工作的越來越重視,煤礦企業通過各種措施降低生產成本,其中變頻技術起到了關鍵作用。
        參考文獻
        山東新風光電子使用手冊[Z] 山東新風光電子科技發展有限公司。

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