變頻調速在煤礦礦井通風機上的應用

1、 專業(yè)技術文件 / Technical documentation 編號： 變頻調速在煤礦礦井通風機上的應用Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.編制：_日期：_變頻調速在煤礦礦井通風機上的應用溫馨提示：該文件為本公司員工進行生產和各項管理工作共同的技術依據(jù)，通過對具體的工作環(huán)節(jié)進行規(guī)范、約束，以確保生產、管理活動的正

2、常、有序、優(yōu)質進行。本文檔可根據(jù)實際情況進行修改和使用。 商坤,王建軍(黃河水利職業(yè)技術學院,河南開封475004)摘要:通過對煤礦礦井通風機運行特性的分析,闡述了變頻調速技術在礦井通風機系統(tǒng)中應用的技術可行性,實施方案和巨大的經(jīng)濟效益。提出了通風機變頻調速與瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),防止瓦斯爆炸事故發(fā)生的設想。關鍵詞:通風機;變頻調速;節(jié)能中圖分類號:TD724+. 3文獻標識碼:B文章編號:1003-496X(2021)07-0018-03礦井通風機作為保障礦井安全生產的關鍵設備,必須連續(xù)運行,是煤礦中連續(xù)運轉的大用電負荷設備。實現(xiàn)礦井通風機的經(jīng)濟運行,對于節(jié)約用電、降低成本有著很重要的意義。1礦

3、井通風機的運行特點礦井通風機及其傳動電機,通常在礦井設計階段選定,其通風量主要由礦井瓦斯涌出量、井下作業(yè)人員數(shù)量、通風巷道阻力等因素決定。通風機滿速運行時的特性曲線與礦井通風網(wǎng)絡阻力特性曲線的交點,確定通風機的自然運行工況點。但是,自然工況點往往不是礦井通風機所要求的工況點,其主要原因是:(1)預測的礦井瓦斯涌出量往往大于實際的瓦斯涌出量。 (2)預計的礦井通風網(wǎng)絡阻力特性曲線與實際阻力特性曲線不盡相同。(3)礦井通風網(wǎng)絡阻力特性曲線隨采掘工作面的推移而變化。(4)隨著產量增減、采煤方法及井下工人勞動生產率的變更,通風需求量亦可能發(fā)生變化。(5)在節(jié)假日及檢修期間,井下工人數(shù)量及瓦斯涌出量均減

4、少,因而實際需要的通風量亦少。通風機的服務年限通常為十幾年甚至幾十年。為安全起見,通風機和電動機的規(guī)格都留有一定的余量,以適應通風網(wǎng)絡阻力變化和風量變化的要求。因此,通風機的正常運行和經(jīng)濟運行都要求進行風量調節(jié)。2通風量調節(jié)的方法通風機的風量調節(jié),是通過改變通風機本身的特性曲線或改變外部管網(wǎng)特性來進行的?？煞譃轱L機恒速時的風量調節(jié)和風機變速時的風量調節(jié)。2. 1通風機恒速時的風量調節(jié)對于軸流式通風機,通過增大葉片安裝角度可以增大風壓,也可以通過改變工作輪的級數(shù)或葉輪片數(shù)來調節(jié)通風量。但這些調節(jié)一般需要在風機停機時才能進行,只適合較長階段的風量調節(jié),無法實現(xiàn)通風量的平滑調節(jié)和與實際通風量要求的隨

5、動。對于離心式風機,目前都是通過調節(jié)通風機口及風道或送風道中閘門的開啟程度,人為地減小風道斷面,增加通風阻力,改變通風管網(wǎng)的特性曲線,最終改變風機運行工況點,實現(xiàn)風量調節(jié)。這是一種很不經(jīng)濟的調節(jié)方法。2. 2通 風機變速時的風量調節(jié)通過改變通風機的轉速,實現(xiàn)通風機特性曲線的改變,從而改變通風量,是離心式通風機節(jié)能運行的有效方法。2. 3調節(jié)風機轉速與調節(jié)風門改變風量方法比較調節(jié)風機轉速與調節(jié)風門改變風量,風機運行的工況點和特性如圖1。曲線1為通風機在全速下風壓風量(HQ)的特性曲線,曲線2為風門全開時管網(wǎng)的特性曲線。上述兩曲線的交點A代表自然運行工況點,其風壓和風量分別為H1和Q1。如果礦井需

6、要的實際通風量為Q2,可以通過調節(jié)風門,改變管網(wǎng)的特性得到曲線3,它與曲線1的交于B點,取得要求的風量Q2,但風壓上升至H2。也可以通過改變風機的轉速而使風機的特性曲線變?yōu)榍€4,它與管網(wǎng)的特性曲線2交于C點,同樣取得要求的風量Q2,同時,風壓降至H3。假定在上述3個不同的工礦點運行時,通風機、電器和機械傳動系統(tǒng)的效率都相等,則在3個不同的工礦點運行時從電網(wǎng)吸收的功率PA、PB、PC應與相應工礦點的風量和風壓的乘積成正比,即與圖中AH1OQ1、BH2OQ2和CH3OQ33個矩形的面積成正比。從圖上可以清楚地看出,PB僅比PA略小,而PC遠遠小于PA。也就是說,調節(jié)通風機轉速改變風量的運行方式所

7、消耗的電能遠遠小于調節(jié)風門改變風量的運行方式。2. 4我國煤礦礦井通風機的現(xiàn)狀礦井通風機是礦井安全生產的關鍵設備,其可靠性要求是第一位的,其次才能考慮經(jīng)濟運行。由于通風機屬于負荷平穩(wěn),起動不頻繁,僅需較小起動轉矩的設備,采用母線供電,交流鼠籠電動機拖動的不調速電控系統(tǒng),調節(jié)風門調節(jié)風量的工作方式是最簡單、最可靠的。雖然這種工作方式能耗大,但設備簡單,投資小,可靠性高,維修容易,能滿足煤礦安全生產的需要。而在過去,各種交流調速拖動系統(tǒng)存在一定的缺陷和局限性,直流調速拖動系統(tǒng)又過于復雜和昂貴的情況下,經(jīng)過技術上和經(jīng)濟上的比較,我國礦井通風機大多采用交流電動機不調速拖動,調節(jié)風門調整風量的工作方式。

8、隨著半導體技術的進步,交流變頻調速技術已日臻成熟。新的交流變頻調速通風機電控系統(tǒng)以其可靠性高,調節(jié)方便靈活,節(jié)能效果顯著等優(yōu)點,將成為礦井通風機控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。3變頻調速在礦井通風機上的應用 3. 1變頻器的發(fā)展通用變頻器自20世紀80年代初問世以來至今的20多年里,共更新了五代。第一代是20世紀80年代初的模擬式通用變頻器;第二代是80年代中期的數(shù)字式通用變頻器;第三代是90年代初的智能型通用變頻器;第四代是90年代中期的多功能通用變頻器;第五代是現(xiàn)在的集中型通用變頻器。通用變頻器的應用范圍不斷擴大,已遍及工業(yè)生產的各個行業(yè),甚至進入了家庭。其產品正朝著3個方向發(fā)展:向著無需調整便能得到

9、最佳運行的多功能和高性能型發(fā)展;向通過簡單控制就能運行的小型化和操作方便方向發(fā)展;向大容量,高電壓,高起動轉矩及具有環(huán)保功能方向發(fā)展。隨著大功率高耐壓半導體器件GTO、IGBT、IGCT技術的成熟,大功率中壓(1 kV10 kV)變頻器已成為系列產品。俄羅斯電力研究院采用GTO元件生產的變頻器電壓可達4. 56 kV,電流可達4 000 A6000 A,輸出容量可達10 MVA。美國Robicon公司生產的分離直流電源多重電源逆變器串聯(lián)變頻器,直接以6 kV或3 kV輸出,輸入輸出波形都接近正弦波。目前我國自制的中壓變頻器也已經(jīng)通過鑒定,正式投入使用。3. 2變頻調速在礦井通風機系統(tǒng)中的使用方

10、案風機類負載在過載能力方面的要求較低。由于負載轉矩與轉速的平方成正比,所以低速運行時負載較輕。又因為這類負載對轉速的精度沒什么要求,固選用最廉價的普通功能型通用變頻器即可滿足要求。煤礦礦井通風機容量一般較大,電動機一般為中壓電動機(3 kV6 kV)。在技術改造時一般保留原電動機,根據(jù)電動機的電壓和容量選用相應的中壓變頻器即可。但鼠籠異步電動機由通用變頻器控制時,由于高次諧波的影響和電動機運行范圍的擴大,將出現(xiàn)一些新問題。在舊設備改造留用原電動機時應注意以下幾點:(1)低速時的散熱能力問題。通用標準鼠籠異步電動機的散熱能力是按額定轉速且冷卻風機與電動機同軸條件下考慮冷卻風量的。當使用變頻器調速

11、后,電動機轉速降低,冷卻風量自動減小,散熱能力變差。由于電動機的溫升與冷卻風量成反比,所以在額定轉速以下連續(xù)運行時,應設置單獨的恒速冷卻風扇,以改善電動機的低速運行散熱能力。(2)額定頻率運行時有溫升提高問題。由于變頻器的三相輸出電壓波形都是SPWM波,因此不可避免的在異步電動機的定子電流中含有高次諧波成分,高次諧波增加了電動機的損耗,使電動機的效率和功率因數(shù)變差,所以電動機的溫升將會比變頻調速改造前有所提高。高次諧波損耗基本與負載無關。通用變頻器高次諧波分量越小,電動機的溫升也越小。所以在選用變頻器時,要注意選擇高次諧波分量小的產品。(3)電動機運行時出現(xiàn)噪聲增大問題。這是SPWM變頻器的載

12、波頻率與電動機鐵芯的固有諧振頻率發(fā)生諧振,引起電動機鐵芯震動而發(fā)出的噪聲。如果噪聲過大或對同一控制柜內的其他控制設備有干擾時,可在一定范圍內調整載波頻率,降低噪聲干擾。但應注意,調整載波頻率會對變頻器自身的特性產生影響,要慎重對待。變頻器中逆變部分的SPWM控制信號是具有陡變沿的脈沖信號,會產生很強的電磁干擾,干擾其他設備。電源濾波器和無線電噪聲濾波器的作用就是抑制變頻器的電磁干擾。變頻器輸出端串聯(lián)安裝的濾波器還能解決電動機過熱和噪聲問題。交流電抗器和直流電抗器的作用是改善變頻器的功率因數(shù)和抑制輸入電路中的浪涌電流,并削弱電源電壓不平衡的問題。直流電抗器一般常配;交流電抗器在供電變壓器容量50

13、0 kVA或變壓器容量超過變頻器容量的10倍時考慮配置。4變頻調速礦井通風機與瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的設想瓦斯一直是困擾煤礦安全生產的大問題,因瓦斯爆炸造成人員傷亡的惡性事故時有發(fā)生。根據(jù)瓦斯涌出量及時調整通風量沖淡或吸走瓦斯是解決瓦斯?jié)舛冗^高,易造成 事故的基本方法之一。以前由于通風機風量的調節(jié)是通過調節(jié)通風機葉片的安裝角度或通過控制變頻器很方便地進行調整。把變頻器的控制系統(tǒng)與瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),當瓦斯涌出量增大時,瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)可以實時控制變頻器調節(jié)風道風門進行,只能進行人工調節(jié),不可能按瓦斯涌出量對通風量進行自動調整。對通風機進行變頻調速改造后,風機的通風量可以自動增大通風量,沖淡或吸走瓦斯,防止事故的發(fā)生。從上述分析可以看出,變頻調速用于礦井通風機風量調節(jié),不僅技術上可行,而且有很好的經(jīng)濟效益。在變頻調速技術已相當成熟的今天,變頻器是作為單獨的整體設備在市場上出售的。通風機變頻調速改造,原設備、供電系統(tǒng)、電動機等都不需要變動,只是把變頻器買來,接入電路,在進行相應的軟件設置即可。所需時間短,可靠性強,使用維修方便。改造后不但節(jié)能效果顯著,若把變頻器的控制系統(tǒng)與瓦斯探測系