淺析高壓變頻器在煤礦瓦斯抽放泵上的應(yīng)用

岳萬軍

（松藻煤電有限責(zé)任公司 安全督察大隊，重慶 401448）

1 引言

瓦斯一直是煤礦企業(yè)的五大危害源之一， 提高瓦斯的抽放效果關(guān)系到煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。 渝陽煤礦金雞巖瓦斯抽放泵采用北京利德華福高壓變頻進行技術(shù)改造后，實現(xiàn)了瓦斯抽放泵的軟啟動、無級調(diào)速以及電能節(jié)約。

2 設(shè)備參數(shù)及節(jié)能

2.1 設(shè)備參數(shù)

渝陽煤礦金雞巖瓦斯抽放泵目前一臺采用500 型泵，一臺采用720 型泵。500 型泵的電機功率為315kW，720 型泵的電機功率為900kW，電壓為6kV。

2.2 瓦斯泵變頻節(jié)能原理

根據(jù)泵類設(shè)備比例可知，泵類轉(zhuǎn)速n 與流量Q、揚程H 及軸 功 率P 之 間 的 關(guān) 系 為：Q1/Q2=n1/n2；H1/H2=(n1/n2)2；P1/P2=(n1/n2)3。

由上面的三個關(guān)系式可知， 降低電機的運行速度來減小流量時，其節(jié)電效果與轉(zhuǎn)速的降低成立方的關(guān)系。

如果工況情況下需要80%的流量， 則通過高壓變頻器將輸出頻率設(shè)為工頻的80%， 電機的轉(zhuǎn)速此時降為額定轉(zhuǎn)速的80%，實際輸出功率為51.2%。 從理論分析可知，變頻技術(shù)的節(jié)電效果十分明顯。 在實際情況下，電機轉(zhuǎn)速降低，泵的效率也會降低，但是節(jié)電效果還是很可觀。

渝陽煤礦現(xiàn)運行有6 臺瓦斯泵，其中3 臺備用，現(xiàn)在面臨的狀況是瓦斯泵以恒定的轉(zhuǎn)速運行，無法根據(jù)井下瓦斯涌出量以及民用瓦斯量的大小來切換或者調(diào)節(jié)瓦斯抽放量。 即瓦斯涌出量較大時滿足不了瓦斯排放要求，瓦斯涌出較小時達(dá)不到抽放濃度，處在瓦斯爆炸的范圍內(nèi)，危害很大。 這種運行方式設(shè)備可靠性低，同時電能浪費比較大。

通過變頻技術(shù)對瓦斯泵電控系統(tǒng)進行改造， 可以根據(jù)瓦斯?jié)舛鹊拇笮崟r反饋進行閉環(huán)調(diào)節(jié)或者手動開環(huán)調(diào)節(jié)變頻器輸出的頻率，來改變電機的速度，使瓦斯泵電機運行在經(jīng)濟有效地區(qū)間，這樣既滿足了生產(chǎn)的要求，又保證了機電設(shè)備的穩(wěn)定運行，同時也降低了電能的消耗。

3 高壓變頻器改造方案確定

3.1 調(diào)速方式的選擇

（1） 液力耦合器。 在電機與負(fù)荷之間串一個液力耦合裝置，通過液面的高低調(diào)節(jié)耦合力的大小，實現(xiàn)負(fù)載的速度調(diào)節(jié)。這種調(diào)速方法實質(zhì)上是轉(zhuǎn)差功率消耗型的做法。 缺點是隨著轉(zhuǎn)速降低效率越來越低，且維護量較大。

（2）串級調(diào)速。 串級調(diào)速主要針對繞線式異步電機，將轉(zhuǎn)子的一部分能力通過整流逆變返回電網(wǎng)。而我礦基本都是鼠籠式異步電機。 這種調(diào)速技術(shù)調(diào)速范圍比較窄，且對電網(wǎng)污染比較大。

（3）變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速的基本原理如n=60f（1-s）/p，通過改變電源輸出頻率來調(diào)節(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)速。 這種調(diào)速方式調(diào)節(jié)范圍比較寬、設(shè)備使用壽命長、自身能耗低、日常維護量小。 缺點是價格比較高，初期投資較大。

綜上所述，對渝陽煤礦瓦斯泵采用高壓變頻技術(shù)改造，經(jīng)濟上和技術(shù)上都比較合理。

3.2 變頻調(diào)速控制方式

（1）一拖一、一用一備。 瓦斯泵采用兩套北京利德華福公司的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，一套系統(tǒng)控制一臺電機，另一套系統(tǒng)備用，分別實現(xiàn)對單臺電機的控制。

（2）工頻手動切換（自選）。 系統(tǒng)配備一套手動工頻旁路，在變頻系統(tǒng)故障時實現(xiàn)手動切換到工頻運行，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

（3）啟動曲線自設(shè)定。 系統(tǒng)可以實現(xiàn)多段速啟動，每段速啟動時間根據(jù)實際需要自己設(shè)定，實現(xiàn)了系統(tǒng)的軟啟動，同時啟動時對電網(wǎng)波動較小。

3.3 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的配置

高壓調(diào)速裝置由4 部分組成，控制柜1 臺，功率柜1 臺，變壓器柜3 臺，手動旁路柜1 臺。

4 高壓變頻器原理

高壓變頻器每相由5 個功率單元串聯(lián)組成， 各相中相互串聯(lián)的功率單元一端串接在一起，另一端接到電動機的，即三相Y 型輸出。 隔離移相變壓器一次側(cè)接入6kV 的電源，另一側(cè)有15 組三相繞組，分別向15 組三相功率單元供電。 每個功率單元單獨輸出PWM 波， 相間5 組功率單元輸出的PWM 波相互疊加，形成高質(zhì)量的正弦波，來驅(qū)動電動機工作。

5 高壓變頻器的運行效果分析

5.1 系統(tǒng)運行可靠，操作簡單

高壓變頻器柜觸摸屏，中文的圖形界面，運行狀態(tài)直觀明了，各類參數(shù)可以通過觸摸屏查詢，方便及時了解設(shè)備的運行狀態(tài)，同時提示故障的原因，對故障的排除有指導(dǎo)意義。

5.2 系統(tǒng)實現(xiàn)了軟啟動

對瓦斯泵進行高壓變頻技改造后，電動機實現(xiàn)了軟啟動，啟動電流得到控制，且啟動曲線可以自己設(shè)定，對電網(wǎng)的沖擊減小。 延長了設(shè)備的壽命，減少了維護的工作量。

5.3 系統(tǒng)節(jié)電效果顯著

高壓變頻器的在大功率設(shè)備上的運用，節(jié)電效果顯著。 首先是功率因數(shù)得以提高，提高了供電質(zhì)量。 其次是可以根據(jù)實際瓦斯的涌出量調(diào)節(jié)功率單元輸出的頻率，來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

6 結(jié)論

采用高壓變頻技術(shù)對渝陽煤礦金雞巖瓦斯泵進行技術(shù)改造，一方面提高了系統(tǒng)運行的可靠性，另一方面可以根據(jù)實際瓦斯?jié)舛葋碚{(diào)節(jié)系統(tǒng)運行的參數(shù)，降低了系統(tǒng)電能的損耗。

[1]馬新民主編.礦山機械.中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.2