燕子山礦局部通風(fēng)機控制系統(tǒng)改造

官生花

（晉能控股煤業(yè)集團燕子山礦 山西 大同 037037）

0 引言

燕子山礦掘進(jìn)工作使用的局部通風(fēng)機目前仍配套使用QBZ-80SF 型磁力啟動器，這類磁力啟動器為大負(fù)載的電動機提供了一種安全的啟動方法，具有欠壓和過載保護等功能，在斷電時能夠自動切斷電源，工作的安全性和可靠性較高，等缺點是通風(fēng)機提供的風(fēng)量無法根據(jù)工作現(xiàn)場實際進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，且工作頻率固定為50 Hz，耗電量較大，不符合當(dāng)前煤礦節(jié)能化生產(chǎn)的趨勢和需求[1-3]。為了解決礦井局部通風(fēng)機工作的節(jié)能化和自動化控制問題，同時還要提高工作的安全性和可靠性，決定對局部通風(fēng)機的控制系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，從而推動礦井機電設(shè)備的更新?lián)Q代進(jìn)程。

1 概況

燕子山礦302盤區(qū)5218巷掘進(jìn)工作面，巷道計劃掘進(jìn)2 515 m，巷道斷面為矩形，巷道通風(fēng)斷面尺寸為5 000 mm×3 500 mm；該掘進(jìn)工作面使用兩臺FBD№7.1/2×45(660/1140)型礦用隔爆型壓入式對旋軸流局部通風(fēng)機，一臺使用，一臺備用，具有結(jié)構(gòu)合理、噪音低、送風(fēng)距離遠(yuǎn)等特點，巷道長度在2 000 m以內(nèi)可不移動通風(fēng)機正常送風(fēng)，適用性較強；最大額定吸風(fēng)量為：650 m3/min，實際所需風(fēng)量482.7 m3/min，風(fēng)筒末端實際出風(fēng)量大于等于244.8 m3/min可滿足要求。

局部通風(fēng)機使用常規(guī)的磁力啟動器進(jìn)行啟?？刂?，能夠滿足日常工作需要，但最大的缺點是啟動后以恒定的工作功率運行，工作頻率固定為50 Hz，無論工作面需風(fēng)量大小，風(fēng)機的送風(fēng)量均保持不變，能耗一直在處在高位，節(jié)能性及經(jīng)濟性較差，需要進(jìn)行節(jié)能化及智能化改造。

2 局部通風(fēng)機控制系統(tǒng)改造

2.1 控制系統(tǒng)改造需求

設(shè)計改造方案之前，需要對改造的目的及需求進(jìn)行明確，主要包括以下幾個方面：

（1）保障運行的可靠性。通過方案設(shè)計及應(yīng)用試驗，考核控制系統(tǒng)的運行狀況、故障狀況，局部通風(fēng)機電機的運行狀況、絕緣狀況、發(fā)熱狀況等。

（2）實現(xiàn)自動化控制。能夠根據(jù)掘進(jìn)迎頭和回風(fēng)巷混合處的瓦斯?jié)舛茸兓?、巷道?nèi)風(fēng)速變化自動調(diào)風(fēng)量，局部通風(fēng)機能夠自動調(diào)速運轉(zhuǎn)，使局部通風(fēng)機始終滿足供風(fēng)要求。

（3）實現(xiàn)節(jié)能化目的。根據(jù)所需風(fēng)量調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，在滿足工作面供風(fēng)的前提下，變頻器降低輸出頻率可降低電能消耗，達(dá)到節(jié)能效果。

（4）實現(xiàn)在線實時監(jiān)控。局部通風(fēng)機變頻智能控制系統(tǒng)可實時監(jiān)控并記錄設(shè)備運行信息、故障信息，對異常情況報警，形成日報表可打印輸出。

（5）具備控制及保護功能。系統(tǒng)具備局部通風(fēng)機控制及保護功能基本要求，兩部風(fēng)機可按周期切換輪流工作，各項控制及保護功能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及規(guī)程要求。

2.2 控制系統(tǒng)改造方案設(shè)計

設(shè)計基于燕子山礦當(dāng)前使用的660 V 局部通風(fēng)機，配套使用BPJ2-110/660SF型通風(fēng)機用隔爆兼本安雙電源雙變頻調(diào)速器進(jìn)行改造，建成“局部通風(fēng)機變頻智能控制系統(tǒng)”，使局部通風(fēng)機在使用過程中可靠性、自動化控制效果、節(jié)能效果、監(jiān)控效果及各種保護功能均得到提升[4]。系統(tǒng)的整體設(shè)計方案如圖1所示，系統(tǒng)配件的型號及數(shù)量如表1所示。

圖1 局部通風(fēng)機變頻智能控制系統(tǒng)方案設(shè)計

表1 局部通風(fēng)機變頻智能控制系統(tǒng)配置表

3 應(yīng)用效果

在經(jīng)過為期46天的地面試驗后，接續(xù)進(jìn)行了為期7個月的井下工業(yè)性試驗，運行效果分析如下：

（1）系統(tǒng)可靠性。從2021 年2 月4 日投入使用以來，至 2021 年 9 月 27 日，系統(tǒng)已累計運行 7 個月之多(約235 天)，掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)到782 m，變頻器運行穩(wěn)定，無故障；電機運行正常，無絕緣降低及異常發(fā)熱現(xiàn)象。

（2）自動化控制。系統(tǒng)可依據(jù)掘進(jìn)迎頭和回風(fēng)巷混合處的瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速變化，控制局部通風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)了按瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速要求自動調(diào)風(fēng)。在瓦斯?jié)舛瓤刂品矫妫咚節(jié)舛葹?.80%時，變頻調(diào)速上限為50 Hz，下限為20 Hz，當(dāng)瓦斯?jié)舛扔?.80%至0.00%變化時，變頻器輸出頻率由50 Hz 至20 Hz 變化，對應(yīng)風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速由 2 900 rpm 至 1 740 rpm 變化，如圖 2 所示。

圖2 瓦斯?jié)舛扰c系統(tǒng)運行頻率關(guān)系圖

（3）節(jié)能效果。在保持一個掘進(jìn)進(jìn)尺（715 m）的前提下，使通風(fēng)機以不同的頻率均運行20 min，節(jié)能測試情況如表2所示。

表2 局部通風(fēng)機變頻智能控制系統(tǒng)相同進(jìn)尺節(jié)能測試

在滿足通風(fēng)要求的前提下，30 Hz 運行相對50 Hz運行可以節(jié)電79%；35 Hz運行相對50 Hz運行可以節(jié)電66%；40 Hz 運行相對50 Hz 運行可以節(jié)電52%；45 Hz 運行相對50 Hz 運行可以節(jié)電29%；同時，低頻時降噪效果非常明顯。因此，局部通風(fēng)機變頻智能控制系統(tǒng)可依據(jù)掘進(jìn)瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速變化自動調(diào)節(jié)輸出頻率及運行功率，實現(xiàn)按需供風(fēng)，避免不必要的能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能改造目的。

（4）在線監(jiān)控。對風(fēng)機變頻器設(shè)定參數(shù)、運行數(shù)據(jù)、故障信息及工作面瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速均可進(jìn)行實時監(jiān)控，并在瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速異常時進(jìn)行報警，可分權(quán)限進(jìn)行應(yīng)急遠(yuǎn)程控制。

（5）控制及保護。兩部局部通風(fēng)機能夠按周期利用專用電源輪換工作；在自動切換模式下，切斷正在運行的主風(fēng)機電源、人為使正在運行的主風(fēng)機故障，均自動切換至副風(fēng)機運行；在自動切換模式下，切斷正在運行的副風(fēng)機電源、人為使正在運行的副風(fēng)機故障，均自動切換至主風(fēng)機運行。驗證了局部通風(fēng)機變頻智能控制系統(tǒng)符合井下局部通風(fēng)機各種控制及切換要求，具備各種保護，符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的井下局部通風(fēng)機使用要求及用戶的特殊使用要求。

4 結(jié)束語

經(jīng)過7個多月(約235天)的使用，局部通風(fēng)機變頻智能控制系統(tǒng)的各項功能均得到充分試驗和驗證，控制系統(tǒng)及設(shè)備運行正常、可靠，功能齊全，實現(xiàn)了減小煤塵飛揚、降低噪音、改善工作面工作環(huán)境、延長了風(fēng)機、風(fēng)筒的使用壽命以及節(jié)能降耗的目的，滿足井下實際使用要求，可以進(jìn)一步在更多設(shè)備中研發(fā)并增加使用數(shù)量。