變頻調(diào)速技術(shù)在主通風(fēng)機(jī)、主排水泵中的應(yīng)用

趙前詩 ZHAO Qian-shi；贠彥章 YUN Yan-zhang

（華亭煤業(yè)集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院，華亭 744100）

（Huating Coal Group Design and Research Institute，Huating 744100，China）

0 引言

華亭煤業(yè)集團(tuán)所屬各礦井均為10年前設(shè)計(jì)礦井，雖然在近幾年的技術(shù)改造過程中產(chǎn)量躍上了一個(gè)大的臺階，但部分礦井在設(shè)計(jì)之處設(shè)備選型過大，運(yùn)行效率過低，致使耗能量過大。根據(jù)2010年華亭煤業(yè)集團(tuán)有關(guān)部門及礦井固定機(jī)械測試結(jié)果：全集團(tuán)主排水泵電機(jī)效率為0.65，主通風(fēng)設(shè)備電機(jī)效率為0.54，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足甘肅省及國家有關(guān)要求。而且有很大的節(jié)能空間。

華亭煤業(yè)集團(tuán)公司所屬礦井的礦山固定機(jī)械改造主要實(shí)現(xiàn)集團(tuán)所屬礦井固定機(jī)械的變頻化及節(jié)能化。主要對主扇風(fēng)機(jī)變頻，優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，降低風(fēng)阻，提高設(shè)備運(yùn)行性能，使扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率在0.72以上；主排水泵進(jìn)行變頻改造，優(yōu)化排水效能，提高礦井排水能力。

1 變頻器調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理

交流變頻器調(diào)速技術(shù)在節(jié)能方面具有明顯優(yōu)勢，現(xiàn)將其節(jié)能原理簡述如下：

按照電機(jī)學(xué)原理，電動機(jī)轉(zhuǎn)速滿足以下關(guān)系[1]：

式中，P為電機(jī)極對數(shù)，f為電機(jī)運(yùn)行頻率，s為滑差。

由于滑差一般比較小（0～0.05），電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速n約等于同步轉(zhuǎn)速n0。

其中，N 為負(fù)載功率，Kp為功率常數(shù)，將式（1）代入（2）得：

根據(jù)上式，可得表1。從表中可以看到，當(dāng)頻率變化越大，節(jié)能效果越明顯。

表1 頻率變化時(shí)電動機(jī)輸出功率及節(jié)能效果

2 變頻調(diào)速裝置選型

確定變頻調(diào)速裝置時(shí)應(yīng)充分考慮以下條件[2]：

①電動機(jī)功率、額定電流、待驅(qū)動的電動機(jī)臺數(shù)、啟動方式、加速時(shí)間。

②變頻器主要技術(shù)指標(biāo)中，特別注意：

a.適用電動機(jī)功率（kW）；

b.輸出容量（kW）；

c.額定電流（A）。

其中額定電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大電流有效值，不管用于什么目的，都不允許連續(xù)電流超過這個(gè)數(shù)值。因此，變頻器的額定電流必須大于電動機(jī)的額定電流。

③變頻器電壓等級應(yīng)與電動機(jī)、電網(wǎng)一致。

④傳動一臺電動機(jī)時(shí)，必須滿足：

式中 K—電流補(bǔ)償系數(shù)，k=1.05～1.1；

PM—電動機(jī)功率；

η—電動機(jī)效率。約為0.85；

cosφ—電動機(jī)功率因數(shù)，約為0.75。

2）變頻器額定電流≥kIe。

式中Ue—分別為電動機(jī)的額定電壓；

Ie—額定電流。

3 主扇風(fēng)機(jī)電控改造

3.1 主扇風(fēng)機(jī)現(xiàn)狀 華亭煤業(yè)集團(tuán)所屬的9礦10井現(xiàn)共有主扇風(fēng)機(jī)20臺，電機(jī)功率為3850kW，根據(jù)2010年華亭煤業(yè)集團(tuán)有關(guān)部門及礦井固定機(jī)械測試結(jié)果：全集團(tuán)主扇風(fēng)機(jī)設(shè)備電機(jī)效率為0.65。針對此現(xiàn)狀，對主扇風(fēng)機(jī)電氣控制采用變頻改造，優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，降低風(fēng)阻，提高設(shè)備運(yùn)行性能，使扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率在0.72以上；降低主扇風(fēng)機(jī)空載耗能。設(shè)備技術(shù)參數(shù)詳見表2。

表2 主扇風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)表

3.2 主扇風(fēng)機(jī)電控改造方案 ①對需改造的高壓主扇風(fēng)機(jī)的電控系統(tǒng)采用安裝HIVERT變頻器設(shè)備，來提高其效率，達(dá)到節(jié)約電能的目的。HIVERT高壓變頻器具有以下優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的調(diào)速性能，可完全滿足生產(chǎn)工藝要求；良好的節(jié)能效果，可提高系統(tǒng)運(yùn)行效率；實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護(hù)費(fèi)用，延長設(shè)備使用壽命；系統(tǒng)安全、可靠，確保負(fù)載連續(xù)運(yùn)行；控制方便、靈活，自動化水平高。②對需改造的低壓主扇風(fēng)機(jī)的電控系統(tǒng)采用安裝由西門子生產(chǎn)的6SE6440系列變頻器，因?yàn)橛晌鏖T子生產(chǎn)的6SE6440系列變頻器的質(zhì)量好，無需任何功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置。并且有如下優(yōu)點(diǎn)：1）調(diào)速范圍寬，軟啟動性能好，對電機(jī)保護(hù)有利。2）節(jié)能效果好。3）安裝方便、維護(hù)量小且簡單。

4 主排水泵電控改造

4.1 主排水泵現(xiàn)狀 華亭煤業(yè)集團(tuán)所屬的9礦10井現(xiàn)共有主扇風(fēng)機(jī)30臺，電機(jī)功率為3267kW，由于大多礦井是投產(chǎn)初期，而主排水泵的選型是考慮到礦井的后期發(fā)展，因此主排水泵的效率很低，根據(jù)2010年華亭煤業(yè)集團(tuán)有關(guān)部門及礦井固定機(jī)械測試結(jié)果：全集團(tuán)主扇風(fēng)機(jī)設(shè)備電機(jī)效率為0.6。針對此現(xiàn)狀，對主排水泵電氣控制采用變頻改造，優(yōu)化排水效能，提高礦井排水能力，使主排水泵運(yùn)行效率在0.8以上；降低主主排水泵空載耗能。本項(xiàng)目對30主排水泵設(shè)備進(jìn)行電控改造，電機(jī)功率為3267kW。設(shè)備技術(shù)參數(shù)詳見表3。

4.2 主扇風(fēng)機(jī)電控改造方案 ①對需改造的高壓主排水泵的電控系統(tǒng)采用安裝HIVERT變頻器設(shè)備，來提高其效率，達(dá)到節(jié)約電能的目的。HIVERT高壓變頻器具有以下優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的調(diào)速性能，可完全滿足生產(chǎn)工藝要求；良好的節(jié)能效果，可提高系統(tǒng)運(yùn)行效率；實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護(hù)費(fèi)用，延長設(shè)備使用壽命；系統(tǒng)安全、可靠，確保負(fù)載連續(xù)運(yùn)行；控制方便、靈活，自動化水平高。②對需改造的低壓主排水泵的電控系統(tǒng)采用安裝由西門子生產(chǎn)的6SE6440系列變頻器，因?yàn)橛晌鏖T子生產(chǎn)的6SE6440系列變頻器的質(zhì)量好，無需任何功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置。并且有如下優(yōu)點(diǎn)：1）調(diào)速范圍寬，軟啟動性能好，對電機(jī)保護(hù)有利。2）節(jié)能效果好。3）安裝方便、維護(hù)量小且簡單。

表3 主排水泵技術(shù)參數(shù)表

通過對華亭煤業(yè)集團(tuán)所屬各礦井的主通風(fēng)機(jī)、主排水泵的變頻調(diào)速節(jié)能應(yīng)用，說明在煤礦主通風(fēng)機(jī)上實(shí)施變頻不僅節(jié)能效果顯著，而且可以優(yōu)化整個(gè)電力傳動系統(tǒng)的控制性能。①節(jié)能顯著，經(jīng)過一年多的運(yùn)行，全公司年節(jié)約電能1943.905萬千瓦時(shí)，節(jié)約電費(fèi)1205.22萬元。②采用了全數(shù)字式主令控制器等多項(xiàng)專利技術(shù)[3]，具有優(yōu)良的控制和保護(hù)性能，結(jié)構(gòu)合理、故障率低、維修方便。降低了維修費(fèi)用。③有利于確保礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。采用高壓變頻器調(diào)速，可以穩(wěn)定風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，與傳感器配合，可構(gòu)成恒壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)的風(fēng)壓的恒定，從而保證系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行[4]。④延長電機(jī)和風(fēng)機(jī)以及閥門的使用壽命。由于采用高壓變頻器調(diào)速，風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行，閥門全開；另由于采用高壓變頻器，電機(jī)起動時(shí)，起動電流在額定電流以內(nèi)，消除了直接起動時(shí)巨大電應(yīng)力對電機(jī)的損壞和對設(shè)備的沖擊。這都使得電機(jī)和風(fēng)機(jī)以及閥門等使用壽命延長；減少了維修工作量和維修費(fèi)用。⑤采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，避免對電網(wǎng)的沖擊，降低設(shè)備的故障率，延長設(shè)備的使用壽命，節(jié)電效果顯著。總之它不僅能為煤礦節(jié)約大量電能，又能提高生產(chǎn)能力，減輕煤礦工人的勞動強(qiáng)度，達(dá)到降支節(jié)耗目的。為實(shí)現(xiàn)華亭煤業(yè)集團(tuán)又快又好發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)，節(jié)約能源，降低成本，具有現(xiàn)實(shí)的社會意義。

[1]王毅，徐殿國.風(fēng)機(jī)類負(fù)載起?？刂频碾姍C(jī)軟起動控制器[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2002（4）.

[2]西門子變頻器簡易選型手冊說明書.

[3]劉建業(yè)，安曙明等.異步電動機(jī)起動及節(jié)能智能控制技術(shù)綜述[J].電工技術(shù)，2004（3）.

[4]任中琦，崔忠.10kV高壓變頻器在煤礦對旋風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2009（3）.