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大同煤矿集团焦家寨矿通风机变频改造 Datong Coal Mine Group Jiaojiazhai Fan Frequency Conversion Transformation

2014-05-03 16:51:00
山东新风光电子科技发展有限公司  郭延冲 陈建行
大同煤矿集团焦家寨矿 于虎贵 李美瑞 郭鹏飞
Guo Yanchong  Chen Jianhang  Yu Hugui  Li Meirui  Guo Pengfei
摘 要:本文介绍了风光牌高压变频器在大同煤矿集团焦家寨矿通风机上的应用情况。应用结果表明,采用高压变频器对煤矿通风机设备进行调速节能改造,具有良好的经济效益和社会效益。
关键词:高压变频器 矿用通风机 节能
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
大同煤矿集团有限责任公司(同煤集团),是中华人民共和国第三大煤矿国有企业,公司总部位于中国煤炭重地山西省大同市,拥有煤田面积6157平方公里,总储量892亿吨。焦家寨井田位于山西宁武煤田东北部,地处山西省原平市境内,轩岗矿区南西,始建于1958年7月,矿井核定生产能力为150万t/a。矿井通风方式为混合式。开拓方式为单水平开拓,通风方法为机械抽出式,主立井、副立井进风,1#斜井和2#斜井回风。
1#斜井风机通风机房安设两台型号为FBDZ-10№28的轴流式通风机,电机额定功率为2×450kW,一台运行,一台备用。2#斜井风机通风机房通风机原来使用2台对旋风机,采用一用一备,电机功率为450kW,转速740r/min,电压为6000V,原风机为八十年代中期安装使用,磨损严重,漏风严重,维护量大,影响了煤矿通风安全。为了实现矿用通风机高效经济运行,焦家寨煤矿领导在2013年煤矿技改项目中,采用2台FBCDZ№34的轴流式通风机更换2#斜井原有通风设备。两台风机采取一台运行,一台备用。
风机铭牌参数为:
风机型号:FBCDZ№34
风量:160~320m3/s
风压:4750~1700Pa
功率:2×800kW
风机转速:595r/min
电机型号:YBF710M1-10
额定电压:6000V
额定电流:100A
转速:595r/min
2#斜井风机服务于521采区,风机负压3610Pa,风量8425 m3/min 。通风系统阻力为3065Pa。风机(521区)主测路线通风系统风阻为0.1957 N·S2/M8。矿井综合等积孔为5.13m2。该矿通风难易程度属于容易。通风系统自然风压hn2#为48.0Pa。
2 矿用通风机风机变频调速节能研究
矿井通风设计过程中,有些时候很难计算管网的阻力,通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选型的依据,但风机的型号和系列是有限的,往往选取不到合适的风机型号时就往上靠,一般裕度大于20%~30%。因此这些风机运行时,首先调节风机风叶到合适角度,如果风机风量不满足矿井通风要求,再调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。风机机械特性为平方转矩特性,风机运行时,靠调节风门或者风道挡板的开度来调节风机风量的方法,称为节流调节。在节流调节过程中,风机固有特性不变,仅仅靠关小风门或挡板的开度,人为地增加管路的阻力,由此增大管路系统的损失,不利于风机的节能运行。采用变频调速控制装置,通过改变风机的转速,从而改变风机风量以适应生产工艺的需要。风机以调速控制方式运行能耗最省,综合效益最高。交流电机的调速方式有多种,变频调速是高效的最佳调速方案,它可以实现风机的无级调速,并可方便地组成闭环控制系统,实现恒压或恒流量的控制。
3风光牌JD-BP37-1000F 高压变频器技术参数
山东新风光电子公司是国家高新技术企业,生产的风光牌JD-BP37系列高压变频器荣获“中国名牌”称号,高压变频器以高速DSP为控制核心,采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术,属高-高电压源型变频器,其谐波指标远小于IEEE519-1992的谐波标准,输入功率因数高,输出波形质量好,不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器;不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题,可以使用普通的异步电机。
JD-BP37-1000F 高压变频器技术参数如表1所示。
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4改造主回路控制方案
风光高压变频调速系统由一次回路进线柜(旁路柜)、变压器柜、变频单元柜和操作控制柜组成。旁路柜在变频器维护过程中或变频器出现故障时,将电机投入到工频电网运行,保证生产不受影响。变频运行时,变频器为电机提供全面的保护。高压变频器旁路柜一次回路如图1所示。
 
图1 旁路柜一次回路图
  DL:用户高压断路器
  K1、K2、K3:高压变频器内置高压隔离开关
  BPQ:JD-BP37-1000F高压变频器
  D:800kW/6kV异步电动机
图1手动旁路柜中,共有3个高压隔离开关,为了确保不向变频器输出端反送电,K2与K3采用电磁互锁操动机构,实现电磁互锁。当K1、K2闭合,K3断开时,电机变频运行;当K1、K2断开,K3闭合时,电机工频运行,此时变频器从高压中隔离出来,便于检修、维护和调试。
旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁, DL合闸时,绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关,以防止出现拉弧现象,确保操作人员和设备的安全。现场高压变频器运行如图2所示。2#斜井主扇风机监测系统如图3所示。
 
 
图2 高压变频器运行照片
 
图3  2#斜井主扇风机监测系统
5  2#斜井主通风机操作规程
5.1运行操作
5.1.1开机前运行检查
1、内部检查:风机内部检查需经带班司机同意后,方可进入。检查完毕,全部人员撤出,经核查,无遗漏人员和物品,方可关闭检查门。
2、电器设备检查
(1)高压开关柜各部螺丝接线紧固,无变色和冒火痕迹,手车操作灵活,闭锁动作可靠,各种保护动作准确无误。
(2)变压器接线紧固,不超温。
(3)低压配电柜操作手柄操作灵活,接线螺丝完整齐全,无变色及冒火痕迹,各仪表及指示灯指示准确。
(4)电气设备接地正常、可靠。
(5)变频器内各部螺丝紧固、齐全、无变色。
(6)各继电器整定值合理、动作可靠,仪表指示准确。
(7)温度巡检仪及温度报警装置性能稳定、工作可靠。
5.1.2启动操作(以启动1#风机为例)
1、先把1#风机蝶形门打开,把2#风机蝶形门关闭;
2、先接通1、2号变频器的控制电源(合控制柜小型断路器QF1,合UPS开关);
3、将旁路选择拨到“手动”位置;
4、变频运行时,先关闭所有柜门,置“分断”档,合K2,合K1(隔离开关的操作方法:按住电磁锁的红色按钮,电磁锁发出震动声,指示灯亮,说明可以操作,将锁栓拉出,然后再操作隔离开关),然后置“工作”档,再将对应高压柜合上(先将断路器手车摇至工作位置,然后合断路器,合闸指示灯亮,电压显示正常),变频器柜高压带电显示装置的三相指示灯亮,变频器处于就绪状态。
5、根据需要,将变频柜门选择开关拨到“本控”或是“远控”位置;
⑴本控操作
变频柜门上的旋钮拨到“本控”,两名司机分别站在相对应的一和二变频器柜前同时拨动一、二变频器上的旋钮拨到正转位置,一、二级电机启动,运行到设定频率时,两级电机的输出电流在100A以内,说明1#风机已启动。
⑵远控操作
①将变频柜门上的旋钮拨到“远控”,然后司机到电脑上进入操作画面,点击上位机控制,再点启动1#风机的1级、2级电机,风机启动。
②直接到电脑上进入操作画面,点上位机控制,待操作由本控变为集控时,点击启动1#风机的1级、2级电机,风机启动。
5.1.3停机步骤
1、同时将1、2号变频柜门上的旋钮拨“停止”位置,待频率降为0Hz;
2、停相对应的高压开关柜,分闸指示灯亮;
3、停UPS,停QF1。
5.2倒机步骤(以停1#机倒为2#机例)
1、待1#机停稳后,关闭1#机的蝶阀,开启2#机的蝶阀;
2、启动2#风机,步骤和1#风机相同。
5.3主通风机运转中的检查
1、每小时检查一次风量、负压、电动机电流、电压,变频器的电流、电压、频率及各部温度等并将检查结果填入记录本内。
2、每小时巡回检查一次电气设备、风机的振动情况等。
5.4发生下列情况之一时,主通风机司机应立即进行倒机并报告队领导和调度室,要求派人检查处理。
1、轴承温度,电机温度出现超温报警。
2、变压器出现超温等报警。
3、变频器报故障。
4、任何部位发生异响又无法排除(风机内出现异响或严重振动)。
5、电机电流或电压超过允许值。
6、上位机上风量、负压等数值有异常变化。
5.5其他安全注意事项
1、主通风机因事故或其它原因全部停止运转时,必须打开防爆门,实行自然通风;再次启动风机时必须待风机停稳后,方可再次启动;
2、主通风机运转中,严禁打开各检查门、孔,防止意外事故;
3、严禁高压电未断的时候,切断变频器的控制电源。
6现场应用情况
焦家寨煤矿通风机选用JD-BP37-1000F风光变频器4套,于2013年7月2日变频器一次性投运成功,至今运行正常。变频运行后,风门全部打开,用户根据所需风量风压实时调节变频器频率,进而调节通风机运行工况。不仅完全满足煤矿生产工艺要求,而且用户操作非常方便。现场调试中发现,1#风机的前后两级电机采用高压变频器分别独立控制,可以有效避免喘振现象。现场测试1#风机有关数据如下。一级电机运行参数,运行频率:43Hz,变频输入电流:40.3A,输入电压:6.22kV,输出电压:5.35kV,输出电流:75.3A;二级电机运行参数,运行频率:39Hz,变频输入电流:45.3A,输入电压:6.31kV,输出电压:4.92kV,输出电流:76.5A。人机界面现场照片如图4所示。
 
 
图4 高压变频器人机界面现场照片
概括来说,通风机采用高压变频器有以下效果:
(1)变频起动对电网没有任何冲击。由于变频器改造后风机可以实现变频软起动,避免了起动电流的冲击。
(2)按需调节风量,避免浪费。进行变频改造后,风机的送风量不再需要由风门来调节,而是由变频器通过变频调节风机的转速来实现,调节范围可以从0%~100%;因而可以根据井下生产需要随意调节风量,减少了不必要的浪费。经现场测试数据计算,风机变频运行时比工频运行相比,节电率高达46.4%。
(3)降低风机工作强度,延长使用寿命。进行变频改造后,风机的大部分工作时间都在较低的速度下运行,润滑条件改善,因而大大降低了风机工作的机械强度和磨损,将会大大延长风机的使用寿命。
(4)保证了风机安全运行,避免了风机前后级电机的喘振现象。在调试中,发现当前后级电机在40Hz左右运行时,风机前、后级电机波动较大,当风机一级电机运行频率43Hz,二级电机运行频率39Hz,可以满足矿井通风要求,风机运行平稳。
(5)监控界面全为纯中文操作,操作简单,使用方便。
7结束语
      大同煤矿集团焦家寨矿通风机经过变频改造之后,不仅达到了良好的节能效果,并且使整套通风系统的稳定性提高了一个大台阶。随着国家对节能减排工作的越来越重视,煤矿企业通过各种措施降低生产成本,其中变频技术起到了关键作用。
参考文献
山东新风光电子使用手册[Z] 山东新风光电子科技发展有限公司。

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