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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(yè)，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(nèi)，軒崗礦區(qū)南西，始建于1958年7月，礦井核定生產(chǎn)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(shè)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(zhuǎn)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(xiàn)礦用通風機經(jīng)濟運行，焦家寨煤礦領(lǐng)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(shè)備。兩臺風機采取一臺運行，一臺備用。
風機銘牌參數(shù)為：
風機型號：FBCDZ№34
風量：160～320m3/s
風壓：4750～1700Pa
功率：2×800kW
風機轉(zhuǎn)速：595r/min
電機型號：YBF710M1-10
額定電壓：6000V
額定電流：100A
轉(zhuǎn)速：595r/min

2#斜井風機服務(wù)于521采區(qū)，風機負壓3610Pa，風量8425 m3/min 。通風系統(tǒng)阻力為3065Pa。風機（521區(qū)）主測路線通風系統(tǒng)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(tǒng)自然風壓hn2#為48.0Pa。
2 礦用通風機風機變頻調(diào)速節(jié)能研究

礦井通風設(shè)計過程中，有些時候很難計算管網(wǎng)的阻力，通?？偸前严到y(tǒng)的最大風量和風壓裕度作為選型的依據(jù)，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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)風門或風道擋板的開度來滿足生產(chǎn)工藝對風量的要求。風機機械特性為平方轉(zhuǎn)矩特性，風機運行時，靠調(diào)節(jié)風門或者風道擋板的開度來調(diào)節(jié)風機風量的方法，稱為節(jié)流調(diào)節(jié)。在節(jié)流調(diào)節(jié)過程中，風機固有特性不變，僅僅靠關(guān)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(tǒng)的損失，不利于風機的節(jié)能運行。采用變頻調(diào)速控制裝置，通過改變風機的轉(zhuǎn)速，從而改變風機風量以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要。風機以調(diào)速控制方式運行能耗較省，綜合效益較高。交流電機的調(diào)速方式有多種，變頻調(diào)速是較佳調(diào)速方案，它可以實現(xiàn)風機的無級調(diào)速，并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)恒壓或恒流量的控制。
3風光牌JD-BP37-1000F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

山東新風光電子公司是國家高新技術(shù)企業(yè)，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(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，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(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)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(shù)參數(shù)如表1所示。

4改造主回路控制方案

風光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)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(xiàn)故障時，將電機投入到工頻電網(wǎng)運行，保證生產(chǎn)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(nèi)置高壓隔離開關(guān)
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(guān)，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(gòu)，實現(xiàn)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(diào)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(guān)與變頻輸出隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。現(xiàn)場高壓變頻器運行如圖2所示。2#斜井主扇風機監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)

5  2#斜井主通風機操作規(guī)程
5.1運行操作
5.1.1開機前運行檢查
1、內(nèi)部檢查：風機內(nèi)部檢查需經(jīng)帶班司機同意后，方可進入。檢查完畢，全部人員撤出，經(jīng)核查，無遺漏人員和物品，方可關(guān)閉檢查門。
2、電器設(shè)備檢查
（1）高壓開關(guān)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(shè)備接地正常、可靠。
（5）變頻器內(nèi)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(wěn)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(guān)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(guān))；
3、將旁路選擇撥到“手動”位置；
4、變頻運行時,先關(guān)閉所有柜門，置“分斷”檔，合K2，合K1(隔離開關(guān)的操作方法：按住電磁鎖的紅色按鈕，電磁鎖發(fā)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(guān))，然后置“工作”檔，再將對應(yīng)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(tài)。
5、根據(jù)需要,將變頻柜門選擇開關(guān)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(yīng)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(zhuǎn)位置，一、二級電機啟動，運行到設(shè)定頻率時，兩級電機的輸出電流在100A以內(nèi)，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?yōu)榧貢r,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(yīng)的高壓開關(guān)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(wěn)后，關(guān)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(zhuǎn)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(jié)果填入記錄本內(nèi)。
2、每小時巡回檢查一次電氣設(shè)備、風機的振動情況等。
5.4發(fā)生下列情況之一時，主通風機司機應(yīng)立即進行倒機并報告隊領(lǐng)導和調(diào)度室，要求派人檢查處理。
1、軸承溫度，電機溫度出現(xiàn)超溫報警。
2、變壓器出現(xiàn)超溫等報警。
3、變頻器報故障。
4、任何部位發(fā)生異響又無法排除（風機內(nèi)出現(xiàn)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(shù)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(zhuǎn)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(wěn)后，方可再次啟動；
2、主通風機運轉(zhuǎn)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(xiàn)場應(yīng)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(jù)所需風量風壓實時調(diào)節(jié)變頻器頻率，進而調(diào)節(jié)通風機運行工況。不僅完全滿足煤礦生產(chǎn)工藝要求，而且用戶操作非常方便?，F(xiàn)場調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)象?，F(xiàn)場測試1#風機有關(guān)數(shù)據(jù)如下。一級電機運行參數(shù)，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(shù)，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(xiàn)場照片如圖4所示。

 
 
圖4 高壓變頻器人機界面現(xiàn)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(wǎng)沒有任何沖擊。由于變頻器改造后風機可以實現(xiàn)變頻軟起動，避免了起動電流的沖擊。
（2）按需調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)，而是由變頻器通過變頻調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)范圍可以從0%～100%；因而可以根據(jù)井下生產(chǎn)需要隨意調(diào)節(jié)風量，減少了不必要的浪費。經(jīng)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)計算，風機變頻運行時比工頻運行相比，節(jié)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(xiàn)象。在調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)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(wěn)。
（5）監(jiān)控界面全為純中文操作，操作簡單，使用方便。
7結(jié)束語
      大同煤礦集團焦家寨礦通風機經(jīng)過變頻改造之后,不僅達到了良好的節(jié)能效果,并且使整套通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高了一個大臺階。隨著國家對節(jié)能減排工作的越來越重視，煤礦企業(yè)通過各種措施降低生產(chǎn)成本，其中變頻技術(shù)起到了關(guān)鍵作用。