變頻器在選煤廠的應用

黃文輝

摘 要：變頻器的應用解決了重介質選煤工藝中的控制難點，使得生產(chǎn)系統(tǒng)中增加的介質系統(tǒng)的控制變得異常方便和簡單。為保證整個工藝系統(tǒng)協(xié)調，產(chǎn)品質量、設備效率，并能夠對工藝參數(shù)及時、準確和靈活控制調整。我們需要了解變頻器在重介質選煤工藝中的作用，潛心學習變頻器的基本原理，掌握變頻器的選型、安裝、調試的技術要求，并對安裝、調試中特別需要注意的細節(jié)方面下工夫，認真對待。針對變頻器的故障進行分析尋找原因，保證變頻器安全高效運行。

關鍵詞：變頻器；重介質選煤；密度；分選；自動控制；逆變器；整流

我廠系礦井型選煤廠，是我國自行設計、自行施工、與露天煤礦項目同步建設的一座特大型動力煤選煤廠，其產(chǎn)品系特低硫、低磷、高熔點和中高發(fā)熱量動力煤。現(xiàn)在我廠洗選工藝有跳汰和重介質洗選兩種工藝。而這幾年生產(chǎn)更新、擴能更是讓重介質選煤工藝在我廠的比重上漲。為我們學習和研究重介質選煤工藝及其設備提供了堅實的物質基礎，如何使用好、維護好重介質選煤工藝及其設備是我們當前的主要任務。而變頻器在這個工藝中更是具有不可代替的作用，我們更加需要研究變頻器在選煤廠的應用。

1 變頻器在重介質選煤工藝中的作用

重介質選煤是在密度介于凈煤和矸石的重介質懸浮液中按照阿基米德原理進行分選的方法。在重介質選煤工藝中，影響和控制其分選效果的主要因素有以下幾個方面。

1.1 入選煤粒度大小對分選效果的影響

重介質選煤過程中入選原煤的粒度越大，分層速度越快、分選的效率也越高。

1.2 給煤量大小和平穩(wěn)性對分選效果的影響

給煤量過大，煤在分選機內不能充分散開，甚至造成物料堆積，來不及分選就排出機外，造成精煤灰分增高；給煤量少，影響分選機的處理能力，給煤量不能忽大忽小時斷時續(xù)應均勻平穩(wěn)

1.3 懸浮液密度調整對分選效果的影響

用分選機分選塊煤由于受上介質流和介質阻力等因素的影響，實際分選密度一般比懸浮液密度高0.04-0.8G/CM3、在生產(chǎn)中應盡量使懸浮液密度波動范圍小，生產(chǎn)中當精煤灰分超過指標和原煤可選性變難的情況下可適當降低懸浮液密度和循環(huán)量或適當調整上升流和水平流的比例，當精煤灰分較低沉煤中含精煤較多時，如果懸浮液中煤泥含量較低，可適當加大上升流量，如果煤泥含量較高則可適當提高懸浮液密度。

1.4 懸浮液循環(huán)量和流速對分選效果的影響

分選機懸浮液循環(huán)量包括上升（下降）液流和水平液流。水平液流的主要作用是運輸物料，其流速取決于入料的力度，上升（下降）液流的作用是提高懸浮液的穩(wěn)定性，其流速取決于懸浮液密度和煤泥以及加重質粒度。

1.5 小結

根據(jù)上述情況可以知道，這些因素在重介質選煤工藝中的測試和調整尤為重要，對其控制的及時性、準確性和靈活性更是保證整個系統(tǒng)協(xié)調，確保產(chǎn)品質量、設備效率的依據(jù)。為實現(xiàn)及時、準確、靈活的對重介質選煤工藝的這些參數(shù)進行測試和調整，一般在這重介質選煤工藝的控制系統(tǒng)中包含以下幾個控制小系統(tǒng)：

（1）主選介質密度自動控制系統(tǒng)：由密度測量裝置、分流裝置、調節(jié)控制組成。

（2）再選介質密度自動控制系統(tǒng)：由密度檢測裝置、物料添加分流裝置、調節(jié)控制組成。

（3）主選介質桶液位自動控制系統(tǒng)：由物料桶液位檢測裝置、調節(jié)水泵、調節(jié)控制組成。

（4）再選介質桶液位自動控制系統(tǒng)：由物料桶液位、液體添加和分流裝置、調節(jié)控制組成。

（5）旋流器入口壓力自動控制系統(tǒng)：由壓力檢測裝置、物料上料裝置、調節(jié)控制組成。

在這幾個自動控制中調節(jié)控制的主要功能是實時對設備的流量變化進行控制，通過對流量的變化實時控制實現(xiàn)對工藝參數(shù)及時、準確和靈活控制調整，保證整個系統(tǒng)協(xié)調，確保產(chǎn)品質量、設備效率。能夠實現(xiàn)設備控制的電氣元件變頻器成為滿足調節(jié)控制最基礎的要求，是保障重介質選煤工藝整個系統(tǒng)協(xié)調，確保產(chǎn)品質量、設備效率的一個物質基礎。只有使用好、維護好和發(fā)展好變頻器，才能夠讓重介質選煤工藝系統(tǒng)更加協(xié)調，進而控制產(chǎn)品質量、提高設備效率。

2 變頻器的基本原理

變頻器全稱交流變頻調速器，是上世紀中葉時期發(fā)展起來的一種交流調速設備，集電力電子技術、微電子技術、控制技術為一體的綜合性高技術產(chǎn)品，被譽為“現(xiàn)代工業(yè)維生素”，能夠解決傳統(tǒng)的交流電動機調速難、交變速設備結構復雜且效率和可靠性均不盡人意的缺點，它在調整輸出頻率的同時按比例調整輸出電壓，從而改變交流電機轉速，達到交流電機調速的目的，使交流電動機的調速范圍和性能均大幅度提升，現(xiàn)變頻調速的交流電動機正逐步代替直流電動機。簡單的理解變頻器，就是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。而我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交-直-交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。其作用目的是根據(jù)交流電機的轉速公式：n=60f（1-s）/p，提供調速思路：改變f-（輸入交流電電源的頻率）進而改變n-（電動機的轉速）。變頻器的電路由三相橋式不可控整流器，濾波、直流儲能和緩沖無功功率的中間直流環(huán)節(jié)，輸出為PWM波形的IGBT三相橋式逆變器整流、由單片機構成智能控制系統(tǒng)的四部分組成。

3 變頻器的選型、安裝和調試技術要求

3.1 變頻器選型時的技術要求

（1）明確采用變頻的目的：流量和壓力控制。（2）明確變頻器的負載情況：需要注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。（3）電流與負載的額定電壓、電流匹配，特別需要參考電機性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。在需要恒轉矩情況下考慮轉矩匹配。

3.2 變頻器安裝時的技術要求endprint

（1）首先確認變頻器的安裝環(huán)境情況要求。在變頻器內部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為0～55℃，但為了保證工作安全、可靠，使用時應考慮留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，變頻器一般應安裝在箱體上部，并嚴格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，絕對不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。環(huán)境溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內部易出現(xiàn)結露現(xiàn)象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電氣接觸不良。這時除了提高控制柜的機械強度、遠離振動源和沖擊源外，還應使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內電磁開關之類產(chǎn)生振動的元器件。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內儀表和電子系統(tǒng)，應該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應接地。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個系統(tǒng)無法工作，導致控制單元失靈或損壞。

（2）變頻器電纜和控制線的布線方法。變頻器和電機的距離應該盡量的短?？刂齐娎|選用屏蔽電纜，動力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機全部用穿線管屏蔽。電機電纜應獨立于其它電纜走線，其最小距離為500mm。同時應避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應盡可能使它們按90度角交叉。在使用模擬量信號進行遠程控制變頻器時，為了減少模擬量受來自變頻器和其他設備的干擾，將控制變頻器的信號線與強電回路（主回路及順控回路）分開走線，距離應在30cm以上，模擬量控制信號線應使用雙股絞合屏蔽線，電線規(guī)格為0.75mm2。在接線時一定要注意，電纜剝線要盡可能的短（5-7mm左右），同時對剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來，以防止屏蔽線與其他設備接觸引入干擾。該信號與變頻器之間的控制回路線最長不得超過50m。即使在控制柜內，同樣要保持這樣的接線規(guī)范。

（3）變頻器的接地。變頻器必須正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好，接地導線的截面不小于4mm，長度不超過5m。變頻器的接地應和動力設備的接地點分開，不能共地。信號線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端，另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。

3.3 根據(jù)上述技術要求變頻器安裝時特別需要要注意以下問題

3.3.1 散熱問題。變頻器的發(fā)熱是由內部的損耗產(chǎn)生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主，約占98%，控制電路占2%。為了保證變頻器正?？煽窟\行，必須對變頻器進行散熱。我們通常采用風扇散熱；變頻器的內裝風扇可將變頻器的箱體內部散熱帶走，若風扇不能正常工作，應立即停止變頻器運行；大功率的變頻器還需要在控制柜上加風扇，控制柜的風道要設計合理，所有進風口要設置防塵網(wǎng)，排風通暢，避免在柜中形成渦流，在固定的位置形成灰塵堆積。

3.3.2 電磁干擾問題

（1）變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾，而且會產(chǎn)生高次諧波，這種高次諧波會通過供電回路進入整個供電網(wǎng)絡，從而影響其他儀表。如果變頻器的功率很大占整個系統(tǒng)25%以上，需要考慮控制電源的抗干擾措施。（2）當系統(tǒng)中有高頻沖擊負載如電焊機、電鍍電源時，變頻器本身會因為干擾而出現(xiàn)保護，則考慮整個系統(tǒng)的電源質量問題。

3.3.3 防護問題

（1）防水防結露：如果變頻器放在現(xiàn)場，需要注意變頻器柜上方不的有管道法蘭或其他漏點，在變頻器附近不能有噴濺水流，總之現(xiàn)場柜體防護等級要在IP43以上。（2）防塵：所有進風口要設置防塵網(wǎng)阻隔絮狀雜物進入，防塵網(wǎng)應該設計為可拆卸式，以方便清理，維護。防塵網(wǎng)的網(wǎng)格根據(jù)現(xiàn)場的具體情況確定，防塵網(wǎng)四周與控制柜的結合處要處理嚴密。（3）防腐蝕性氣體：在化工行業(yè)這種情況比較多見，此時可以將變頻柜放在控制室中。

3.4 變頻器的調試

3.4.1 變頻器的相關參數(shù)的設置

變頻器的設定參數(shù)多，每個參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個別參數(shù)設置不當，導致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象。其主要設置：

（1）控制方式。即速度控制、轉距控制、PID控制或其他方式。按照工藝要求設置，采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進行靜態(tài)或動態(tài)辨識。

（2）最低運行頻率。即電機運行的最小轉速，電機在低轉速下運行時，其散熱性能很差，電機長時間運行在低轉速下，會導致電機燒毀。而且低速時，其電纜中的電流也會增大，也會導致電纜發(fā)熱。

（3）最高運行頻率。一般的變頻器最大頻率到50Hz，載波頻率設置的越高其高次諧波分量越大，影響電機發(fā)熱，電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱。

（4）電機參數(shù)。變頻器在參數(shù)中設定電機的功率、電流、電壓、轉速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機銘牌中直接得到。

3.4.2 變頻器的通電運行調試

變頻系統(tǒng)的通電運行調試，總體上遵循“先空載，繼輕載，后重載”的原則。先變頻器在通電時，一般輸出端可先不接電動機，按說明書要求進行啟/停的基本操作，觀察變頻器U，V，W電壓是否平衡。再斷開電動機輸出端聯(lián)軸器，保證電動機空載，在變頻器的輸出端接上電動機，通電檢查設置參數(shù)，試運行，觀察電動機的旋轉方向，變頻器U，V，W電壓，電流等參數(shù)是否正常。正常后，停電，做好安全防護，連接電動機輸出端聯(lián)軸器，讓電動機帶載，通電檢查設置參數(shù)，試運行，如有需電機運行時設置的參數(shù)，按負載工藝等情況設置，觀察運行情況。如跳頻的設置，觀察設備運行是否在某個頻率點上，有產(chǎn)生共振現(xiàn)象。最終確定有效的參數(shù)值。運行正常后，投入使用。endprint

4 變頻器故障的分析

變頻器故障出現(xiàn)的原因經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)：當變頻器在選型、安裝和調試時，由于對技術要求的不熟悉，往往會忽略一些細節(jié)，就會給設備埋下一些故障隱患，造成設備突發(fā)故障和損壞，而且處理時也經(jīng)常會忽略這些細節(jié)，造成設備的故障反復出現(xiàn)，往往是在真正解決問題后分析其原因時才能發(fā)現(xiàn)問題所在。需要特別注意一些的細節(jié)。

4.1 消除變頻器產(chǎn)生的高次諧波危害

電抗器的作用是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從而影響其他的受電設備，在出現(xiàn)電磁干擾時，需要加電抗器；濾波器是安裝在變頻器的輸出端，減少變頻器輸出的高次諧波，當出現(xiàn)電纜、電機溫度過高，電機軸承壽命短，應該考慮安裝濾波器。

4.2 變頻器的散熱

變頻器本身在運行中產(chǎn)生熱量比較大，內部大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，一般要求為0～55℃，為了保證工作安全、可靠，使用時應考慮留有余地，需要控制在40℃以下，因而對其散熱和環(huán)境溫度要求比較高，在檢修中，必須加強對其的散熱風扇的點檢，防止因風扇工作不良，進一步損害變頻器內部電路，讓故障擴大。為保證變頻器散熱良好，要經(jīng)常對它的防護進行檢查，特別是防塵，要及時對變頻器進行手動除塵。

4.3 變頻器的接地

變頻器的接地應和動力設備的接地點分開，不能共地。信號線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端，另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。在日常檢修中經(jīng)常對接地的接線檢查，防止松動脫落。

5 結束語

由于國家的環(huán)保政策和國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，國家從實際情況出發(fā)，明確煤炭為基礎能源，努力提高優(yōu)質煤比重，加大潔凈煤開發(fā)的力度，采取措施限制高硫高灰煤的開采和利用，鼓勵和支持選煤的發(fā)展，提倡采用高效率的重介質選煤方法，必將使變頻器更加廣泛應用于選煤事業(yè)中，使用好、維護好、發(fā)展好變頻器更能讓我們?yōu)檫x煤事業(yè)發(fā)展添磚加瓦，讓我們的選煤事業(yè)蒸蒸日上。

參考文獻

[1]吳式瑜.選煤實用技術手冊[M].中國礦業(yè)大學出版社，2008.

[2]李方圓.變頻器應用與維護[M].中國電力出版社，2010.

[3]張宗桐.變頻器應用與配套技術[M].中國電力出版社，2008.

[4]吳式瑜.重介質選煤技術[M].中國礦業(yè)大學出版社，2011.endprint