礦用主通風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻系統(tǒng)熱備方案的研究

摘 ?要：目前高壓變頻系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域的各行各業(yè)廣泛應(yīng)用，但考慮設(shè)備有成千上萬(wàn)的電子元器件組成，在設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)故障將會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成一定影響，尤其是關(guān)鍵負(fù)載，將造成嚴(yán)重的后果，甚至事故，尤其在煤礦主扇變頻應(yīng)用上問(wèn)題更加突出。本文就山西新元礦亞洲最大主扇風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)提高變頻系統(tǒng)可靠性方面做了研究和優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：主扇變頻;變頻器;熱備用;飛車啟動(dòng)

煤礦主扇風(fēng)機(jī)是礦井重要負(fù)荷，負(fù)責(zé)井下主通風(fēng)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，需10分鐘內(nèi)馬上投入備用機(jī)，否則礦井瓦斯超限引發(fā)的安全隱患，因風(fēng)機(jī)停運(yùn)影響井下工人生命安全，甚至造成安全事故。

山西新元煤礦韓莊通風(fēng)機(jī)房配套的主通風(fēng)機(jī)數(shù)量2臺(tái)，單機(jī)功率10kV/6000kW，是當(dāng)時(shí)亞洲最大容量主通風(fēng)機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)于2010年應(yīng)用榮信兩套大功率變頻器系統(tǒng)，隨著使用時(shí)間較長(zhǎng)，目前設(shè)備出現(xiàn)意外停機(jī)概率增加，影響礦井的安全生產(chǎn)。為了保證主通風(fēng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)綜合分析和設(shè)計(jì)，現(xiàn)準(zhǔn)備增加一臺(tái)變頻器作為現(xiàn)有兩臺(tái)變頻器的熱備變頻器使用，新增加PLC控制系統(tǒng)一套，實(shí)現(xiàn)對(duì)切換的邏輯控制和變頻狀態(tài)監(jiān)測(cè)。方案充分結(jié)合目前現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)在保證現(xiàn)場(chǎng)原有系統(tǒng)和設(shè)備正常工作的條件下，即保證對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和系統(tǒng)改動(dòng)少，又不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原有系統(tǒng)造成使用影響的升級(jí)方案。

1.主扇變頻器冗余控制升級(jí)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載情況，增加熱備變頻器后，現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)后高壓供電系統(tǒng)一次圖如下所示：

系統(tǒng)說(shuō)明：

G05、G02、G13、G16、—用戶現(xiàn)場(chǎng)高壓斷路器柜;

G04-用戶現(xiàn)場(chǎng)高壓斷路器柜（505 1#變頻器旁路柜）;

G14-用戶現(xiàn)場(chǎng)高壓斷路器柜（506 2#變頻器旁路柜）

1#變頻器、2#變頻器—用戶現(xiàn)場(chǎng)變頻器;

互鎖關(guān)系說(shuō)明：

G02、G18具有電氣閉鎖，2臺(tái)斷路器只能同時(shí)一臺(tái)閉合;

G16、G14具有電氣閉鎖，2臺(tái)斷路器只能同時(shí)一臺(tái)閉合;

G18、G14具有電氣閉鎖，2臺(tái)斷路器只能同時(shí)一臺(tái)閉合。

2.新增熱備變頻器切換邏輯說(shuō)明

熱備變頻器上級(jí)高開G04合閘，變頻器自檢通過(guò)后處于變頻就緒狀態(tài)。當(dāng)1#變頻器故障時(shí)，檢測(cè)G18斷路器處于工作位并且儲(chǔ)能就緒狀態(tài)位（注：G18斷路器不處于工作位，則視為用戶將不采用新增熱備變頻器進(jìn)行倒機(jī)），檢測(cè)G02處于分閘狀態(tài)，自動(dòng)切換并啟動(dòng)新增熱備變頻器，此時(shí)熱備變頻器拖動(dòng)1#電機(jī)運(yùn)行。

如若當(dāng)熱備變頻器拖動(dòng)1#電機(jī)運(yùn)行時(shí)，熱備變頻器故障，需人為手動(dòng)倒機(jī)，用2#變頻器啟動(dòng)2#電機(jī)。不建議倒機(jī)回1#變頻器（由于啟動(dòng)1#變頻器需要等待1#電機(jī)停穩(wěn)，并需關(guān)閉風(fēng)門，倒機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)），當(dāng)熱備變頻器修復(fù)后，又可做為2#變頻器的熱備變頻。

當(dāng)2#變頻器故障時(shí)，檢測(cè)G14斷路器處于工作位并且儲(chǔ)能就緒狀態(tài)位（注：G14斷路器不處于工作位，則視為用戶將不采用新增熱備變頻器進(jìn)行倒機(jī)），檢測(cè)G16處于分閘狀態(tài)，自動(dòng)切換并啟動(dòng)新增熱備變頻器，此時(shí)熱備變頻器拖動(dòng)2#電機(jī)運(yùn)行。

RMVC5100系列變頻器飛車起動(dòng)時(shí)間一般在5秒左右可完成，可確保切換100%的成功率。

此方案熱備變頻器可以作為1#變頻器熱備，也可為2#變頻器熱備的功能，即當(dāng)1#變頻器或2#變頻器故障時(shí)自動(dòng)切換至熱備變頻器運(yùn)行。但不能實(shí)現(xiàn)熱備變頻器自動(dòng)回切至1#變頻器或2#變頻器運(yùn)行，需人工手動(dòng)切換（如需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回切功能，需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原有控制系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，不適合現(xiàn)場(chǎng)改造）。

3.新增熱備變頻操作臺(tái)

①配置操作臺(tái)一面，配置工控機(jī)HMI;

②HMI畫面可監(jiān)控?zé)醾渥冾l器運(yùn)行狀態(tài)，操作臺(tái)按鈕可實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻系統(tǒng)的手動(dòng)控制。

③具備該熱備變頻器自動(dòng)手動(dòng)切換功能，選擇自動(dòng)切換：當(dāng)1#或2#變頻器故障后，滿足切換啟動(dòng)熱備變頻器后則自動(dòng)啟動(dòng)熱備變頻器，若選擇手動(dòng)切換：當(dāng)1#或2#變頻器故障后，滿足切換啟動(dòng)熱備變頻器后，需在上位機(jī)點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)熱備變頻器。

④遠(yuǎn)程控制新增熱備變頻器啟動(dòng)、停止、故障復(fù)位、頻率給定等。

4.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備改造工作說(shuō)明

1.1新增高壓變頻器室，土建用地使用面積為12m×5m。

1.2新建變頻器室內(nèi)需要開鑿電纜溝與高壓變頻器室原有電纜溝貫通。

1.3熱備變頻器進(jìn)線斷路器柜為G04利用，即：用戶現(xiàn)場(chǎng)505 1#變頻旁路柜，需要鋪設(shè)高壓配電室到新增高壓變頻器室電纜。

1.42#變頻器切換柜G14，即：用戶現(xiàn)場(chǎng)506 2#變頻旁路柜，拆除G14與母排連接，鋪設(shè)高壓配電室到新增高壓變頻器室電纜。

1.5高壓配電室新增加1#變頻器切換柜G18，替換用戶現(xiàn)場(chǎng)514電動(dòng)機(jī)切換柜。

1.6影響通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)工程量：設(shè)備改造時(shí)原2#變頻旁路柜摘母排需礦方斷開風(fēng)機(jī)房母聯(lián)分段運(yùn)行;原18#電動(dòng)機(jī)切換柜移除，新增1#變頻器切換柜G18預(yù)計(jì)需要停電停產(chǎn)3小時(shí)，調(diào)試過(guò)程需要停機(jī)2小時(shí)。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)增加上述硬件，在保證原變頻系統(tǒng)繼續(xù)服役的基礎(chǔ)了，大幅提高了系統(tǒng)的可靠性，熱備變頻可為任意一臺(tái)實(shí)現(xiàn)備件，并可在運(yùn)行變頻故障時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。無(wú)需人為現(xiàn)場(chǎng)倒機(jī)，為礦井安全生產(chǎn)提供了保障，為要求高可靠性的現(xiàn)場(chǎng)改造提供了一種新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]榮信變頻器產(chǎn)品樣本 2015

[2]陳堅(jiān).電力電子學(xué)[M]北京：高等教育出版社，2003

[3]煤礦安全規(guī)程 2010版 煤礦礦井主扇通風(fēng)機(jī)管理制度

作者簡(jiǎn)介：

單良（1983—）男，遼寧鞍山人，工程師，目前供職于臥龍榮信傳動(dòng)公司電氣設(shè)計(jì)部，從事高壓變頻器應(yīng)用領(lǐng)域研究10年以上。