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                大同煤礦集團焦家寨礦通風機變頻改造

                發布時間:2014-05-03 作者:新風光

                1引言

                大同煤礦集團有限責任公司(同煤集團),是中華人民共和國第三大煤礦國有企業,公司總部位于中國煤炭重地山西省大同市,擁有煤田面積6157平方公里,總儲量892億噸。焦家寨井田位于山西寧武煤田東北部,地處山西省原平市境內,軒崗礦區南西,始建于1958年7月,礦井核定生產能力為150萬t/a。礦井通風方式為混合式。開拓方式為單水平開拓,通風方法為機械抽出式,主立井、副立井進風,1#斜井和2#斜井回風。

                1#斜井風機通風機房安設兩臺型號為FBDZ-10№28的軸流式通風機,電機額定功率為2×450kW,一臺運行,一臺備用。2#斜井風機通風機房通風機原來使用2臺對旋風機,采用一用一備,電機功率為450kW,轉速740r/min,電壓為6000V,原風機為八十年代中期安裝使用,磨損嚴重,漏風嚴重,維護量大,影響了煤礦通風安全。為了實現礦用通風機經濟運行,焦家寨煤礦領導在2013年煤礦技改項目中,采用2臺FBCDZ№34的軸流式通風機更換2#斜井原有通風設備。兩臺風機采取一臺運行,一臺備用。
                風機銘牌參數為:
                風機型號:FBCDZ№34
                風量:160~320m3/s
                風壓:4750~1700Pa
                功率:2×800kW
                風機轉速:595r/min
                電機型號:YBF710M1-10
                額定電壓:6000V
                額定電流:100A
                轉速:595r/min

                2#斜井風機服務于521采區,風機負壓3610Pa,風量8425 m3/min 。通風系統阻力為3065Pa。風機(521區)主測路線通風系統風阻為0.1957 N·S2/M8。礦井綜合等積孔為5.13m2。該礦通風難易程度屬于容易。通風系統自然風壓hn2#為48.0Pa。
                2 礦用通風機風機變頻調速節能研究

                礦井通風設計過程中,有些時候很難計算管網的阻力,通??偸前严到y的最大風量和風壓裕度作為選型的依據,但風機的型號和系列是有限的,往往選取不到合適的風機型號時就往上靠,一般裕度大于20%~30%。因此這些風機運行時,首先調節風機風葉到合適角度,如果風機風量不滿足礦井通風要求,再調節風門或風道擋板的開度來滿足生產工藝對風量的要求。風機機械特性為平方轉矩特性,風機運行時,靠調節風門或者風道擋板的開度來調節風機風量的方法,稱為節流調節。在節流調節過程中,風機固有特性不變,僅僅靠關小風門或擋板的開度,人為地增加管路的阻力,由此增大管路系統的損失,不利于風機的節能運行。采用變頻調速控制裝置,通過改變風機的轉速,從而改變風機風量以適應生產工藝的需要。風機以調速控制方式運行能耗較省,綜合效益較高。交流電機的調速方式有多種,變頻調速是較佳調速方案,它可以實現風機的無級調速,并可方便地組成閉環控制系統,實現恒壓或恒流量的控制。
                3風光牌JD-BP37-1000F 高壓變頻器技術參數

                山東新風光電子公司是國家高新技術企業,高壓變頻器以高速DSP為控制核心,采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯多電平技術,屬高-高電壓源型變頻器,其諧波指標遠小于IEEE519-1992的諧波標準,輸入功率因數高,輸出波形質量好,不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,可以使用普通的異步電機。
                JD-BP37-1000F 高壓變頻器技術參數如表1所示。

                4改造主回路控制方案

                風光高壓變頻調速系統由一次回路進線柜(旁路柜)、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護過程中或變頻器出現故障時,將電機投入到工頻電網運行,保證生產不受影響。變頻運行時,變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖1所示。


                 

                圖1 旁路柜一次回路圖

                DL:用戶高壓斷路器
                K1、K2、K3:高壓變頻器內置高壓隔離開關
                BPQ:JD-BP37-1000F高壓變頻器
                D:800kW/6kV異步電動機

                圖1手動旁路柜中,共有3個高壓隔離開關,為了確保不向變頻器輸出端反送電,K2與K3采用電磁互鎖操動機構,實現電磁互鎖。當K1、K2閉合,K3斷開時,電機變頻運行;當K1、K2斷開,K3閉合時,電機工頻運行,此時變頻器從高壓中隔離出來,便于檢修、維護和調試。

                旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖, DL合閘時,絕對不允許操作旁路隔離開關與變頻輸出隔離開關,以防止出現拉弧現象,確保操作人員和設備的安全?,F場高壓變頻器運行如圖2所示。2#斜井主扇風機監測系統如圖3所示。
                 
                 
                圖2 高壓變頻器運行照片
                 
                圖3  2#斜井主扇風機監測系統


                5  2#斜井主通風機操作規程
                5.1運行操作
                5.1.1開機前運行檢查
                1、內部檢查:風機內部檢查需經帶班司機同意后,方可進入。檢查完畢,全部人員撤出,經核查,無遺漏人員和物品,方可關閉檢查門。
                2、電器設備檢查
                (1)高壓開關柜各部螺絲接線緊固,無變色和冒火痕跡,手車操作靈活,閉鎖動作可靠,各種保護動作準確無誤。
                (2)變壓器接線緊固,不超溫。
                (3)低壓配電柜操作手柄操作靈活,接線螺絲完整齊全,無變色及冒火痕跡,各儀表及指示燈指示準確。
                (4)電氣設備接地正常、可靠。
                (5)變頻器內各部螺絲緊固、齊全、無變色。
                (6)各繼電器整定值合理、動作可靠,儀表指示準確。
                (7)溫度巡檢儀及溫度報警裝置性能穩定、工作可靠。
                5.1.2啟動操作(以啟動1#風機為例)
                1、先把1#風機蝶形門打開,把2#風機蝶形門關閉;
                2、先接通1、2號變頻器的控制電源(合控制柜小型斷路器QF1,合UPS開關);
                3、將旁路選擇撥到“手動”位置;
                4、變頻運行時,先關閉所有柜門,置“分斷”檔,合K2,合K1(隔離開關的操作方法:按住電磁鎖的紅色按鈕,電磁鎖發出震動聲,指示燈亮,說明可以操作,將鎖栓拉出,然后再操作隔離開關),然后置“工作”檔,再將對應高壓柜合上(先將斷路器手車搖至工作位置,然后合斷路器,合閘指示燈亮,電壓顯示正常),變頻器柜高壓帶電顯示裝置的三相指示燈亮,變頻器處于就緒狀態。
                5、根據需要,將變頻柜門選擇開關撥到“本控”或是“遠控”位置;
                ⑴本控操作
                變頻柜門上的旋鈕撥到“本控”,兩名司機分別站在相對應的一和二變頻器柜前同時撥動一、二變頻器上的旋鈕撥到正轉位置,一、二級電機啟動,運行到設定頻率時,兩級電機的輸出電流在100A以內,說明1#風機已啟動。
                ⑵遠控操作
                ①將變頻柜門上的旋鈕撥到“遠控”,然后司機到電腦上進入操作畫面,點擊上位機控制,再點啟動1#風機的1級、2級電機,風機啟動。
                ②直接到電腦上進入操作畫面,點上位機控制,待操作由本控變為集控時,點擊啟動1#風機的1級、2級電機,風機啟動。
                5.1.3停機步驟
                1、同時將1、2號變頻柜門上的旋鈕撥“停止”位置,待頻率降為0Hz;
                2、停相對應的高壓開關柜,分閘指示燈亮;
                3、停UPS,停QF1。
                5.2倒機步驟(以停1#機倒為2#機例)
                1、待1#機停穩后,關閉1#機的蝶閥,開啟2#機的蝶閥;
                2、啟動2#風機,步驟和1#風機相同。
                5.3主通風機運轉中的檢查
                1、每小時檢查一次風量、負壓、電動機電流、電壓,變頻器的電流、電壓、頻率及各部溫度等并將檢查結果填入記錄本內。
                2、每小時巡回檢查一次電氣設備、風機的振動情況等。
                5.4發生下列情況之一時,主通風機司機應立即進行倒機并報告隊領導和調度室,要求派人檢查處理。
                1、軸承溫度,電機溫度出現超溫報警。
                2、變壓器出現超溫等報警。
                3、變頻器報故障。
                4、任何部位發生異響又無法排除(風機內出現異響或嚴重振動)。
                5、電機電流或電壓超過允許值。
                6、上位機上風量、負壓等數值有異常變化。
                5.5其他安全注意事項
                1、主通風機因事故或其它原因全部停止運轉時,必須打開防爆門,實行自然通風;再次啟動風機時必須待風機停穩后,方可再次啟動;
                2、主通風機運轉中,嚴禁打開各檢查門、孔,防止意外事故;
                3、嚴禁高壓電未斷的時候,切斷變頻器的控制電源。
                6現場應用情況

                焦家寨煤礦通風機選用JD-BP37-1000F風光變頻器4套,于2013年7月2日變頻器一次性投運成功,至今運行正常。變頻運行后,風門全部打開,用戶根據所需風量風壓實時調節變頻器頻率,進而調節通風機運行工況。不僅完全滿足煤礦生產工藝要求,而且用戶操作非常方便?,F場調試中發現,1#風機的前后兩級電機采用高壓變頻器分別獨立控制,可以有效避免喘振現象?,F場測試1#風機有關數據如下。一級電機運行參數,運行頻率:43Hz,變頻輸入電流:40.3A,輸入電壓:6.22kV,輸出電壓:5.35kV,輸出電流:75.3A;二級電機運行參數,運行頻率:39Hz,變頻輸入電流:45.3A,輸入電壓:6.31kV,輸出電壓:4.92kV,輸出電流:76.5A。人機界面現場照片如圖4所示。


                 
                 
                圖4 高壓變頻器人機界面現場照片


                概括來說,通風機采用高壓變頻器有以下效果:
                (1)變頻起動對電網沒有任何沖擊。由于變頻器改造后風機可以實現變頻軟起動,避免了起動電流的沖擊。
                (2)按需調節風量,避免浪費。進行變頻改造后,風機的送風量不再需要由風門來調節,而是由變頻器通過變頻調節風機的轉速來實現,調節范圍可以從0%~100%;因而可以根據井下生產需要隨意調節風量,減少了不必要的浪費。經現場測試數據計算,風機變頻運行時比工頻運行相比,節電率高達46.4%。
                (3)降低風機工作強度,延長使用壽命。進行變頻改造后,風機的大部分工作時間都在較低的速度下運行,潤滑條件改善,因而大大降低了風機工作的機械強度和磨損,將會大大延長風機的使用壽命。
                (4)保證了風機安全運行,避免了風機前后級電機的喘振現象。在調試中,發現當前后級電機在40Hz左右運行時,風機前、后級電機波動較大,當風機一級電機運行頻率43Hz,二級電機運行頻率39Hz,可以滿足礦井通風要求,風機運行平穩。
                (5)監控界面全為純中文操作,操作簡單,使用方便。
                7結束語
                      大同煤礦集團焦家寨礦通風機經過變頻改造之后,不僅達到了良好的節能效果,并且使整套通風系統的穩定性提高了一個大臺階。隨著國家對節能減排工作的越來越重視,煤礦企業通過各種措施降低生產成本,其中變頻技術起到了關鍵作用。

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