變頻器在烏東選煤廠(chǎng)的應(yīng)用

馬志軍

(神華新疆能源有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830027)

1 前言

近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)及電力電子器件制造技術(shù)的發(fā)展，變頻器由于具有智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。為了保證煤礦生產(chǎn)能力穩(wěn)定，同時(shí)充分發(fā)揮各設(shè)備的能力，煤礦洗選系統(tǒng)中應(yīng)用了很多變頻器，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)較好地解決了設(shè)備適應(yīng)負(fù)荷量的變化，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著煤礦選煤廠(chǎng)規(guī)模的大型化趨勢(shì)，變頻設(shè)備的功率和用途會(huì)越來(lái)越廣泛。

2 變頻調(diào)速的原理及特點(diǎn)

變頻器采用脈沖調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，通過(guò)輸出不同頻率的電流與電壓，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的控制，使其達(dá)到滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求。簡(jiǎn)單的理解變頻器，就是利用電力半導(dǎo)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。

變頻調(diào)速技術(shù)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)脈沖調(diào)制技術(shù)：電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩變大，但起動(dòng)電流確實(shí)很小，這可以大大降低電機(jī)起動(dòng)的整個(gè)電源的沖擊強(qiáng)度，并啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定。(2)高速范圍大，精度高，適應(yīng)性強(qiáng)，能滿(mǎn)足不同生產(chǎn)工藝的需要。(3)變頻技術(shù)，節(jié)能效果優(yōu)于傳統(tǒng)的設(shè)備方式，節(jié)能約35%，大大提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。(4)變頻器安裝調(diào)試方便，操作簡(jiǎn)單。變頻器具有各種標(biāo)準(zhǔn)接口，便于與液位、壓力、流量傳感器和微機(jī)系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。(5)寬調(diào)速范圍，可實(shí)現(xiàn)平滑無(wú)級(jí)調(diào)速，精度可高達(dá)0.5%，能滿(mǎn)足煤礦各種生產(chǎn)工藝的需要。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

烏東選煤廠(chǎng)是一個(gè)年產(chǎn)能力600萬(wàn)噸的采用重介工藝的選煤廠(chǎng)，洗選深度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，主要生產(chǎn)設(shè)備138臺(tái)套，生產(chǎn)工藝關(guān)鍵位置的設(shè)備大多采用變頻調(diào)速控制，生產(chǎn)過(guò)程中，很多設(shè)備運(yùn)行參數(shù)需要調(diào)整，如給煤機(jī)、水泵、膠帶機(jī)、加藥裝置等，合理的改變這些參數(shù)，可以最大程度地提高生產(chǎn)效率，降低能耗，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同的生產(chǎn)工藝需求進(jìn)行調(diào)整。

3.2 變頻調(diào)速在泵類(lèi)中的應(yīng)用

泵類(lèi)在設(shè)計(jì)選型時(shí)大多是根據(jù)最大需用量來(lái)選擇的，通常還要預(yù)留一定的余量，實(shí)際應(yīng)用中許多泵的流量需根據(jù)不同的需求隨時(shí)調(diào)整變化。目前，泵流量的控制方法有兩種：驅(qū)動(dòng)變頻調(diào)速和調(diào)節(jié)出料閥門(mén)開(kāi)度。一直以來(lái)，該廠(chǎng)生產(chǎn)控制的，這種做法使泵加壓后的水大部分在出料閘板前被阻截，一方面造成大量能源的浪費(fèi)； 二是使泵及管路產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，三是泵及管路壓力升高，破壞了管路、閥門(mén)的密封性能，使其出現(xiàn)跑冒滴漏現(xiàn)象；四是加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，縮短了設(shè)備的使用壽命。

泵類(lèi)使用變頻調(diào)速有利于保證生產(chǎn)工藝連續(xù)正常運(yùn)行，使泵運(yùn)行工況變優(yōu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，可以輕負(fù)荷啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小，起動(dòng)時(shí)間短，停泵時(shí)不會(huì)出現(xiàn)"水錘"現(xiàn)象，改變了以往靠調(diào)節(jié)泵的進(jìn)、出口閥門(mén)和分流來(lái)滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)。同時(shí)節(jié)約了能源，消除了泵及管路的振動(dòng)，降低泵及管路的壓力，保護(hù)了管路、閥門(mén)的密封，減少跑冒滴漏現(xiàn)象的發(fā)生，延長(zhǎng)了泵腔、閥體的磨損，增加了設(shè)備的使用壽命。水泵工藝設(shè)計(jì)與制造中如果不使用變頻調(diào)速，由于介質(zhì)比重大、濃度高、揚(yáng)程高，水泵的工況就會(huì)很差，從而造成供電設(shè)備功耗大、溫升偏高。運(yùn)行中多次發(fā)生泵體機(jī)封損壞，軸承損壞，對(duì)正常生產(chǎn)造成很大影響。要解決這個(gè)問(wèn)題，若只靠改變?nèi)~輪規(guī)格和切割葉輪外徑，用損失富裕揚(yáng)程的方法，不會(huì)有效地提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此，只有切實(shí)實(shí)現(xiàn)水泵調(diào)速，才能滿(mǎn)足水泵工藝設(shè)計(jì)的最大要求。

例如，選煤生產(chǎn)中，重介淺槽的上升流和水平流合成的溢流量尤為重要，是重介選煤工藝正常生產(chǎn)的前提。為保證煤質(zhì)，本廠(chǎng)使用了施耐德321、322合格介質(zhì)泵，該合格介質(zhì)泵所輸送的流量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溢流及煤質(zhì)情況在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，如溢流量過(guò)大，原煤未經(jīng)過(guò)懸浮就被溢流帶走，造成煤中帶矸；溢流量過(guò)小，原煤還未被懸浮液沖走就被后續(xù)的原煤壓下去，造成矸中帶煤，給生產(chǎn)帶來(lái)問(wèn)題。在沒(méi)有變頻調(diào)速前，全部靠調(diào)節(jié)管路上的各種閥門(mén)(上升流閥門(mén)和水平流閥門(mén))來(lái)控制，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

3.3 變頻器在305、306重介淺槽刮板機(jī)上的應(yīng)用

重介淺槽刮板分選機(jī)是重介選煤工藝的關(guān)鍵，淺槽懸浮液里上層的煤在上升流和水平流的作用下被沖到精煤篩脫水脫介，而下層的矸石被刮板機(jī)刮到矸石篩脫水脫介，實(shí)現(xiàn)煤與矸石的分離。305、306(18.5kW)淺槽刮板機(jī)通過(guò)對(duì)負(fù)載電流的監(jiān)測(cè)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)矸石量增大時(shí)，負(fù)載電流上升，電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)提高，反之相反。重介選煤工藝中，刮板鏈條不但與滑道直接磨擦，而且在重介質(zhì)鐵粉的懸浮液中，這種磨擦更加嚴(yán)重。通過(guò)變頻調(diào)速能將這種磨損最小化，將鏈條更換周期延長(zhǎng)，大幅度降低材料費(fèi)。

3.4 變頻器在604、605循環(huán)水泵上的應(yīng)用

軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，在使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓就會(huì)逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全部導(dǎo)通，此時(shí)電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低了啟動(dòng)電流，電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，從而為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，軟啟動(dòng)器同時(shí)還可以提供軟停車(chē)功能，軟停車(chē)與軟啟動(dòng)過(guò)程剛剛相反，電壓就會(huì)逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車(chē)而引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。

604、605(施耐德ATS48C41Y220KW)循環(huán)水泵通過(guò)軟啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)，不沖擊電網(wǎng)，峰值電流時(shí)間大為減少，保護(hù)了電機(jī)，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命，并且軟啟動(dòng)器本身自帶更加完善的保護(hù)功能，工作更加穩(wěn)定。

3.5 619陽(yáng)離子加藥裝置和620陰離子加藥裝置

加藥系統(tǒng)是處理濃縮池的重要設(shè)備，且要求嚴(yán)格，不容出錯(cuò)。619陽(yáng)離子加藥裝置和620陰離子加藥裝置通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表傳感器和下一級(jí)設(shè)備的處理能力，得出煤泥水濃度、沉降速度、處理量，在一定時(shí)間內(nèi)可控地加入一定量的藥劑，并對(duì)加入后藥劑產(chǎn)生的結(jié)果再一步修正，對(duì)下一步加藥進(jìn)行調(diào)整。而保證整人加藥環(huán)節(jié)的可控正是通過(guò)這兩組變頻調(diào)速系統(tǒng)來(lái)完成的。濃縮池底流處理，是根據(jù)煤泥水濃度、沉降速度、處理能力加入適量的藥劑，符合生產(chǎn)工藝要求，將底流進(jìn)行循環(huán)處理。藥劑加入速度過(guò)慢，濃縮池煤泥水來(lái)不及沉降，造成跑黑，沉降速度過(guò)慢，底流泵不能正常處理，使全廠(chǎng)水循環(huán)不能正常進(jìn)行，影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)；加入過(guò)快，沉降速度太快，煤泥在底部取積，底流泵處理不及，將造成嚴(yán)重后果，如底流泵管道堵塞、壓耙能事故，中斷整個(gè)生產(chǎn)。

3.6 變頻器在烏東裝車(chē)系統(tǒng)與振動(dòng)給料機(jī)的應(yīng)用

裝車(chē)過(guò)程中，產(chǎn)品煤的給煤量要與裝車(chē)倉(cāng)及現(xiàn)場(chǎng)裝車(chē)的實(shí)際進(jìn)度情況相配合，保證連續(xù)裝車(chē)，再者根據(jù)客戶(hù)不同要求按比例配煤。724、726、728、730、732、734振動(dòng)給料機(jī)改變變頻器頻率輸出，調(diào)整產(chǎn)品煤給煤量。

741裝車(chē)膠帶機(jī)使用變頻，不但啟動(dòng)平滑，起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，可以降低對(duì)膠帶帶強(qiáng)的要求，降低設(shè)備投資；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，無(wú)沖擊電流，可實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)，通過(guò)電機(jī)低速啟動(dòng)，使皮帶機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中形成張力很小，幾乎不對(duì)皮帶造成傷害，最重要的它保證向裝車(chē)倉(cāng)供煤的穩(wěn)定性和連續(xù)性，可大大提高裝車(chē)效率。

745G1、746G1調(diào)度絞車(chē)牽引火車(chē)車(chē)廂在一定速度下進(jìn)行裝車(chē)，根據(jù)裝車(chē)速度、煤質(zhì)、配比以及在接車(chē)、掛車(chē)、出車(chē)等不同狀態(tài)下所需的牽引速度也不一樣；調(diào)度絞車(chē)可在變頻調(diào)速(0-50Hz)下與裝車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行緊密配合，實(shí)現(xiàn)裝車(chē)穩(wěn)定、快速。選煤廠(chǎng)煤炭洗選過(guò)程中，104、106、108、110原煤振動(dòng)給煤機(jī)通過(guò)變頻可以調(diào)節(jié)原煤生產(chǎn)給煤量，可適應(yīng)原煤煤質(zhì)不同、配煤比例不同等不同的生產(chǎn)工藝要求。

3.7 變頻器在608低壓清掃水泵的應(yīng)用

608低壓清掃水泵是我廠(chǎng)恒壓供水系統(tǒng)的重要組成部分，我廠(chǎng)供水點(diǎn)多，供水距離遠(yuǎn)，供水不連續(xù)，變頻自動(dòng)可調(diào)的清掃水泵與儀表及傳感器控制可滿(mǎn)足這種供水情況。當(dāng)用水量大時(shí)，變頻器接收傳感器的信號(hào)加大輸出，保證供水；當(dāng)用量逐漸減小時(shí)，608逐漸減速并逐個(gè)停泵。這種工作方式有效的保證供水，并最大限度的保護(hù)了電機(jī)和輔助設(shè)備。當(dāng)采用工頻供水時(shí)，當(dāng)用水量下降時(shí)，且全廠(chǎng)在低用水量時(shí)，電機(jī)所受阻力大，電流大，一直在這種情況下工作，電機(jī)就有燒壞的危險(xiǎn)；閥門(mén)和管道及輔助設(shè)備所受的沖擊也越大，減少了使用壽命。

4 變頻器的日常維護(hù)

4.1 日常巡視

變頻器在使用工程、工程技術(shù)人員需要進(jìn)行定期檢查，對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的變頻器，可以直觀(guān)地檢查的工作狀態(tài)。

(1)環(huán)境溫度是正常的，在-10℃～+40℃范圍內(nèi)的溫度要求，約25攝氏度，以及。

(2)看變頻器在顯示面板顯示的電壓、輸出電流、頻率等數(shù)據(jù)是否正常。

(3)用溫度測(cè)量設(shè)備來(lái)檢測(cè)溫度是否過(guò)熱，沒(méi)有異味。

(4)變頻器風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，冷卻風(fēng)道自由。

(5)是否顯示面板上顯示的字符是否清晰，是否遺漏了字符。

(6)變頻器的運(yùn)行中是否有故障報(bào)警顯示。

(7)檢查逆變器的交流輸入電壓是否超過(guò)允許的最大值。

4.2 常見(jiàn)問(wèn)題

(1)過(guò)流：過(guò)流是變頻器報(bào)警最為頻繁的現(xiàn)象。

①如果在重新啟動(dòng)時(shí)，升速就有跳閘的現(xiàn)象，這是過(guò)電流十分嚴(yán)重的征兆，主要原因有：逆變模塊損壞，機(jī)械部位有卡住，負(fù)載短路，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩過(guò)小等原因引起。

②重新啟動(dòng)時(shí)不立即跳閘而是在加速時(shí)就跳閘，主要原因有：電流上限設(shè)置過(guò)小、加速時(shí)間設(shè)定過(guò)短、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償設(shè)定較高。

③上電就跳。這種現(xiàn)象一般不能復(fù)位，主要原因有：驅(qū)動(dòng)電路損壞、模塊損壞、電流檢測(cè)電路損壞。

(2)過(guò)壓：過(guò)電壓報(bào)警往往是出現(xiàn)在停機(jī)的時(shí)候，其主要原因是制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻有問(wèn)題或減速時(shí)間太短。

(3)欠壓：欠壓主要原因是因?yàn)橹骰芈冯妷禾?，具體如下：整流橋損壞或可控硅中有工作不正常的，從而導(dǎo)致欠壓故障，其次是主回路接觸器損壞，導(dǎo)致直流母線(xiàn)電壓損耗在充電電阻上，從而導(dǎo)致欠壓．還有就是電壓檢測(cè)電路發(fā)生故障導(dǎo)致出現(xiàn)欠壓?jiǎn)栴}。

(4)過(guò)熱：過(guò)熱是比較常見(jiàn)的故障，主要原因：散熱風(fēng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，溫度傳感器性能不良，周?chē)h(huán)境溫度過(guò)高，馬達(dá)太熱。

(5)輸出不平衡：輸出不平衡一般表現(xiàn)為馬達(dá)經(jīng)常抖動(dòng)，且轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。

4.3 檢修變頻器的安全注意事項(xiàng)

維修作業(yè)時(shí)要注意人員和設(shè)備的安全，必須有人在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控。必須注意不要將變頻器的輸入和輸出端的接頭弄錯(cuò)，否則會(huì)損壞變頻器，在修復(fù)過(guò)程中對(duì)驅(qū)動(dòng)的直接損傷應(yīng)注意逆變電源直流母線(xiàn)一般有高壓力，等待時(shí)間應(yīng)大于5分鐘才能觸摸，或人為的電容放電，之后才能繼續(xù)作業(yè)；變頻器在電待機(jī)狀態(tài)或已開(kāi)始在一個(gè)給定的速度零轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，其輸出端三相對(duì)地都有直流200v左右高壓，必須注意安全，在控制面板檢測(cè)最好不要直接觸摸面板集成芯片的管腳，防止集成芯片的靜電損傷，避免不必要的損失。

5 使用變頻器的效益分析

(1)使用變頻器可以延長(zhǎng)設(shè)備的機(jī)械壽命，特別是改變了水泵設(shè)備以往靠閥門(mén)調(diào)整流量和壓力的工況，大大降低設(shè)備的維護(hù)量。同時(shí)，利用變頻器的軟起動(dòng)功能，使起動(dòng)過(guò)程中對(duì)機(jī)械設(shè)備無(wú)沖擊，節(jié)省了人力和材料成本，僅重介淺槽刮板機(jī)鏈條材料費(fèi)每年就可節(jié)約10萬(wàn)元左右(每套鏈條約13萬(wàn)，使用變頻調(diào)速后可延長(zhǎng)5-6個(gè)月，正常情況下每套鏈條的使用壽命為6個(gè)月)。

(2)變頻器不但能內(nèi)部控制，而且可以外部控制，通過(guò)設(shè)定操作可實(shí)現(xiàn)多種控制功能。其保護(hù)功能齊全有：短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、直流過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、欠壓保護(hù)、防失速保護(hù)及自身保護(hù)等。機(jī)械制動(dòng)與安全回路配合可靠，如果系統(tǒng)突然停電或出現(xiàn)緊急情況時(shí)，變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠發(fā)出正確指令，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械制動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象，電機(jī)啟動(dòng)電流和過(guò)載電流不會(huì)沖擊電網(wǎng)，最大限度的保障電網(wǎng)的可靠性。

(3)變頻器提高了電能使用效率。烏東選煤廠(chǎng)變頻器使用功率約1250kW，一般正常運(yùn)行頻率為35-40Hz，則變頻器節(jié)能20%-30%左右，按最少節(jié)能20%，則每小時(shí)節(jié)電1250*0.2=250kWh，根據(jù)現(xiàn)在烏東原煤產(chǎn)量，每天平均生產(chǎn)10小時(shí)，全年生產(chǎn)300天，則全年節(jié)電250*10*300=750000kW/h。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前，變頻調(diào)速技術(shù)已成為現(xiàn)代輸電技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向。它具有優(yōu)越的調(diào)速性能，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行條件、顯著的節(jié)能效果和延長(zhǎng)設(shè)備壽命等優(yōu)點(diǎn)。但我們的工程技術(shù)人員在選煤廠(chǎng)使用時(shí)，一定要注意操作環(huán)境、安裝要求和位置，要設(shè)置正確的功能，特別要注意設(shè)置起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使用前應(yīng)仔細(xì)檢查電機(jī)的匹配設(shè)備的驅(qū)動(dòng)特性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，同時(shí)要綜合考慮抑制變頻器產(chǎn)生的諧波給供電系統(tǒng)和其他電氣設(shè)備帶來(lái)的不可預(yù)見(jiàn)的危害。