變頻調(diào)速裝置在礦山通風(fēng)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用

王星星

(南京銀茂鉛鋅礦業(yè)有限公司，江蘇 南京 210033)

一 前言

我礦山主要開采鉛鋅銀等金屬，井下空氣主要含有金屬粉塵、雷管爆炸煙霧等，井下通風(fēng)最深達(dá)海拔－625 米(下文此類數(shù)字皆為海拔)，空氣的質(zhì)量直接關(guān)系到工人人身安全。為此井下分別在+14 米、－325 米和－475 米放置了3 臺(tái)132KW的風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)年耗電量在100 萬度以上。此前每臺(tái)風(fēng)機(jī)皆為恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，無論白天夜間風(fēng)量固定。風(fēng)機(jī)主電機(jī)為132KW 三相異步電機(jī)，采用星三角啟動(dòng)方式，控制方式為老式接觸器控制，不具備任何智能調(diào)速、節(jié)能措施，若使用變頻調(diào)速具有很高的節(jié)能前景。電機(jī)參數(shù)如下:

型號(hào):Y315M－4 功率:132KW 額定電流:241A 級(jí)數(shù):4 極轉(zhuǎn)速:1490 轉(zhuǎn)電壓:380V 效率:94.0% 功率因素:0.89

二 改造目的

前期我司在井下－525 米安裝了具有變頻調(diào)速的風(fēng)屏，運(yùn)行以來性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了白天和夜晚速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。改造后的優(yōu)點(diǎn)是明顯的，主要解決了兩個(gè)問題:

解決了由于嫌風(fēng)大井下工人經(jīng)常自行關(guān)閉風(fēng)機(jī)，且沒有人再去開風(fēng)機(jī)的問題。

解決了夜間工人少風(fēng)量大對(duì)電能的浪費(fèi)情況。有鑒于變頻智能調(diào)速在－525 米風(fēng)屏中的成功應(yīng)用，我礦井下+14 米風(fēng)機(jī)同樣可以采用變頻器調(diào)速:1)增大風(fēng)機(jī)葉片角度:降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，目前風(fēng)機(jī)葉片角度為22.5 度，改造后可以將風(fēng)機(jī)角度調(diào)大，比如30－35 度，這樣實(shí)現(xiàn)同樣風(fēng)量的情況下可以降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。2)降低電機(jī)最大運(yùn)轉(zhuǎn)速度:在供風(fēng)充足的前提下，可以嘗試降低轉(zhuǎn)速為目前的80%，即運(yùn)行頻率為40Hz或者更低。(具體頻率需在實(shí)際應(yīng)用中總結(jié)調(diào)整)3)智能定點(diǎn)調(diào)節(jié)風(fēng)速:白天人多的情況電機(jī)運(yùn)行在高速狀態(tài)下，如每天的7 點(diǎn)至22 點(diǎn)，電機(jī)以高頻率運(yùn)行(比如40Hz)，以確保井下人多時(shí)的風(fēng)量供應(yīng)，夜間22 點(diǎn)至第二天7 點(diǎn)前，風(fēng)機(jī)可以運(yùn)行在較低的轉(zhuǎn)速下(比如20Hz)。

三 原理方法

工程在保持現(xiàn)有控制柜的基礎(chǔ)上，增加了一臺(tái)GGD 電氣柜。主要新增設(shè)備包括:風(fēng)機(jī)水泵專用的富士VP 系列變頻器(具體型號(hào)為FRN132F1S－4C)和微電腦時(shí)間控制開關(guān)。

微電腦時(shí)間控制器:設(shè)定切換的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，這里我們主要設(shè)置了兩個(gè)節(jié)點(diǎn)早上7 點(diǎn)和夜間的22 點(diǎn)，通過它控制兩個(gè)中間繼電器。

變頻器:工作模式設(shè)置在多段速模式，上述兩個(gè)繼電器控制變頻器的X1、X2 端子，調(diào)節(jié)變頻器的內(nèi)部參數(shù)C05、C06 分別為40Hz 和20Hz。

這樣當(dāng)微電腦時(shí)間控制器切換時(shí)，相應(yīng)的繼電器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了變頻器速度的自動(dòng)切換。

四 節(jié)能效果

理論上，變頻器節(jié)能最為明顯的是在風(fēng)機(jī)水泵行業(yè)，因風(fēng)機(jī)水泵的消耗功率與轉(zhuǎn)速成正比，所以當(dāng)外界用風(fēng)/水量不高時(shí)，使用變頻器自動(dòng)將轉(zhuǎn)速降低，節(jié)能效果明顯。我們知道，要改造的風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行在50Hz 以下屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，不管高速還是低速，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩是基本不變的，電機(jī)電流也基本不變。變頻器調(diào)速時(shí)，電機(jī)的電壓與頻率基本上成正比，由此可以看出來，電機(jī)在低速時(shí)功率是小于高速的功率的。

根據(jù)變頻器恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速原理，電機(jī)消耗功率和轉(zhuǎn)速成正比，即P 正比于n，由此，可以假設(shè)當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率從50Hz減低到40Hz 時(shí)，能夠節(jié)能20%。工程完工后，+14 米風(fēng)機(jī)運(yùn)行在下列工況下:每天早上7 點(diǎn)至22 點(diǎn)運(yùn)行在高速40Hz，22點(diǎn)后至第二天7 點(diǎn)前，風(fēng)機(jī)運(yùn)行在低速20Hz，即高速運(yùn)行15小時(shí)，低速運(yùn)行9 小時(shí)，可以計(jì)算出:

這種情況下，節(jié)電可達(dá)35%，全年節(jié)電可達(dá)100 萬×3 臺(tái)×35%×1 元=105 萬元。

五 不足與再改進(jìn)

采用這種變頻器與時(shí)間控制器的方式并不是最完美的方式，它屬于開環(huán)無回饋且只能是二段速控制，但是處于節(jié)省設(shè)備成本的角度考慮是非常可行的。

若需進(jìn)一步優(yōu)化這套系統(tǒng)的控制，如實(shí)現(xiàn)它的無級(jí)調(diào)速或三段速以上閉環(huán)控制，可以采用PC、PLC 加風(fēng)壓測(cè)量傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)速度的全自動(dòng)調(diào)節(jié):PC 用于設(shè)定工況(人機(jī)對(duì)話接口);PLC 具有多節(jié)點(diǎn)輸出，模擬量、數(shù)字量輸入輸出等更多功能，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)或多段速調(diào)速;風(fēng)壓傳感器可以實(shí)時(shí)測(cè)出環(huán)境風(fēng)壓。

為此，我們可以在PC 中預(yù)設(shè)一個(gè)工作狀態(tài)，如每天幾點(diǎn)，每周周末甚至于井下作業(yè)人數(shù)的狀態(tài)，確定在每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的工況，即風(fēng)速要求，然后根據(jù)風(fēng)速要求自動(dòng)確定變頻器的工作頻率，由PLC 控制變頻器;風(fēng)壓傳感器反饋環(huán)境風(fēng)壓給PLC，與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，進(jìn)而由PLC 進(jìn)一步優(yōu)化變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速，從而最大限度實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的節(jié)約。

［1］富士風(fēng)機(jī)水泵型變頻器說明書富士電機(jī)系統(tǒng)株式會(huì)社

［2］曾毅等.變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)，山東科學(xué)技術(shù)出版社