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                大同煤矿集团焦家寨矿通风机变频改造

                发布时间:2014-05-03 作者:新风光

                1引言

                大同煤矿集团有限责任公司(同煤集团),是中华人民共和国第三大煤矿国有企业,公司总部位于中国煤炭重地山西省大同市,拥有煤田面积6157平方公里,总储量892亿吨。焦家寨井田位于山西宁武煤田东〓北部,地处山西省原平㊣ 市境内,轩岗矿区南西,始建于1958年7月,矿井核定生产能力为150万t/a。矿井通风方式为混合式。开拓方式为单水平开拓,通风方法为机械抽出式,主立井、副立井进风,1#斜井和2#斜井回风。

                1#斜井风机通风机房安设两台型号为FBDZ-10№28的轴流式●通风机,电机额定功率为2×450kW,一台运行,一台备用。2#斜井风机通风机房通风机原来使用2台对旋╲风机,采用一用一备,电机功率为450kW,转速740r/min,电压为6000V,原风机为八十年代中期安装使用,磨损严重,漏风严重,维护量大,影响了煤矿通风安全。为了实现矿用通风机经济运行,焦家寨煤矿◇领导在2013年煤矿技改项目中,采用2台FBCDZ№34的轴流〓式通风机更换2#斜井原有通风设备。两台风机采取一台运行,一台备用。
                风机铭牌参数为:
                风机型号:FBCDZ№34
                风量:160~320m3/s
                风压:4750~1700Pa
                功率:2×800kW
                风机转速:595r/min
                电机型号:YBF710M1-10
                额定电压:6000V
                额定电流:100A
                转速:595r/min

                2#斜井风机服务于521采区,风机负压3610Pa,风量8425 m3/min 。通风系统阻力为3065Pa。风机(521区)主测路︽线通风系统风阻为0.1957 N·S2/M8。矿井综合等积孔为5.13m2。该矿通风难易程度属于容易。通风系〖统自然风压hn2#为48.0Pa。
                2 矿用通风机风机变频调速节能研究

                矿井通风设计过程中,有些时候很难计算管网的阻力,通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选型的依据,但风机的型号和系列是有限的,往往选取不到合适的风机型号时就往上靠,一般裕度大于20%~30%。因此这些风机运行▅时,首先调节风机风叶到合适角度,如果风机风量不满足矿井通风要求,再调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。风机机械特性为平方转矩特性,风机运行时,靠调节风门或者风道挡板的开度来调节风机风▓量的方法,称为节流调节。在节流调节过程中,风机固有特性不变,仅仅靠关小风门或挡板的开度,人为地增加管路的阻力,由此增大管路系统的损失,不利于风机的节能运行。采用变频调速控制装置,通过改变风机的转速,从而改变风机风量以适应生产工艺的需要。风机以调速控制方式运行能耗较省,综合效益较高。交流电机的调速方式有多种,变频调速是较佳调速方案,它可以实现风机的无级调速,并可方便地组成闭环控制系统,实现恒压或恒流量的控制。
                3风光牌JD-BP37-1000F 高压★变频器技术参数

                山东新风光电子公司是国家高新技术企业,高压变频器以高速DSP为控制核心,采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术,属高-高电压源型变频器,其谐波指标远小于IEEE519-1992的谐波标准,输入功率因数高,输出波形质量好,不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器;不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题,可以使用普通的异步电机。
                JD-BP37-1000F 高压变频器技术参数如表1所示。

                4改造主回路控制︾方案

                风光高压变频调速系统由一次回路进线柜(旁路柜)、变压器柜、变频单元柜和操作控制柜组成。旁路柜在变频器维护过程中或变频器〗出现故障时,将电机投入到工频电网运行,保证生产不受影响。变频运行时,变频器为电机提供全面的保护。高压变频器旁路柜一次回路如图1所示。


                 

                图1 旁路柜一次回路图

                DL:用户高压断々路器
                K1、K2、K3:高压变频器内置高压隔离开关
                BPQ:JD-BP37-1000F高压变频器
                D:800kW/6kV异步电动机

                图1手动旁路柜中,共有3个高压隔离开关,为了确保不向变频器输出端反送电,K2与K3采用电磁互锁操动机构,实现电磁互锁。当K1、K2闭合,K3断开时,电机变频运行;当K1、K2断开,K3闭合时,电机工频运行,此时变频器从高压中隔■离出来,便于检修、维护和调试。

                旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁, DL合闸时,绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关,以防止出现拉弧现象,确保操作人员和设备的安全。现场高压变频器运行如图2所示。2#斜井主扇风□机监测系统如图3所示。
                 
                 
                图2 高压变频器运行照片
                 
                图3  2#斜井主扇风机监测系统


                5  2#斜井主通风机操作规程
                5.1运行操作
                5.1.1开机前运行检查
                1、内部检查:风机内部检查需经带班司机同意后,方可进入。检查完毕,全部人员撤出,经核查,无遗漏人员和物品,方可关闭检查门。
                2、电器设备检查
                (1)高压开关柜各部螺丝接线紧固,无变色□ 和冒火痕迹,手车操作灵活,闭锁动作可靠,各种保护动作准确无误。
                (2)变压器接线紧固,不超温。
                (3)低压配电柜操作手柄操作灵活,接线螺丝完整齐全,无变色及冒火痕迹,各仪表及指示灯指示准确。
                (4)电气设备接地正常、可靠。
                (5)变频器内各部螺丝紧固、齐全、无变色。
                (6)各继电器整定值合理、动作可靠,仪表指示准确。
                (7)温度巡检仪及温度报警装置性能稳定、工作可靠。
                5.1.2启动操作(以启动1#风机为例)
                1、先把1#风机蝶形门↓打开,把2#风机蝶形门关闭;
                2、先接通1、2号变频器的控制电源(合控制柜小型断路器QF1,合UPS开关);
                3、将旁路选择▲拨到“手动”位置;
                4、变频运行时,先关闭所有柜门,置“分断”档,合K2,合K1(隔离开关的操作方法:按住电磁锁的红色按钮,电磁锁发出震动声,指示灯亮,说明可以操作,将锁栓『拉出,然后再操作隔离开关),然后置“工作”档,再将对应高压柜合上(先将断路器手车摇至工作位置,然后合断路器,合闸指示灯亮,电压显示正常),变频器柜高压带电显示装置的三相指示灯亮,变频器⌒ 处于就绪状态。
                5、根据需要,将变频柜门选择开关拨到“本控”或是“远控”位置;
                ⑴本控操作
                变频柜门上的旋钮拨到“本控”,两名司机分▓别站在相对应的一和二变频器柜前同时拨动一、二变频器上的旋钮拨到正转位置,一、二级电机启动,运行到设定频率时,两级电机的输出电流在100A以内,说明1#风机已启动。
                ⑵远控操作
                ①将变频柜门上的旋钮拨到“远控”,然后司机∮到电脑上进入操作画面,点击上位机控制,再点启动1#风机的1级、2级电机,风机启动。
                ②直接到电脑上进入操作画面,点上位机控制,待操作由本控变为集控时,点击启动1#风机的1级、2级电机,风机启动。
                5.1.3停机步骤
                1、同时将1、2号变频柜门上的旋钮拨“停止”位置,待频率降为0Hz;
                2、停相对应的高压开关ㄨ柜,分闸指示灯亮;
                3、停UPS,停QF1。
                5.2倒机步骤(以停1#机倒为2#机例)
                1、待1#机停稳后,关闭1#机的蝶阀,开启2#机的蝶阀;
                2、启动2#风机,步骤和1#风机相同。
                5.3主通风机运转中的检查
                1、每小时检查一次风量、负压、电动机电流∮、电压,变频器的电流、电压、频率及各部温度等并将检查结果填入记录本内。
                2、每小时巡回检查一次电气设备、风机的振动情况等。
                5.4发生下列情况之一时,主通风机司机应立即◥进行倒机并报告队领导和调度室,要求派人检查处理。
                1、轴承温度,电机温度出现超温报警。
                2、变压器出现超温等报警。
                3、变频器报故障。
                4、任何部位发生异响又无法排除(风机内出现异响或严重振动)。
                5、电机电流或电ぷ压超过允许值。
                6、上位机上风量、负压等数值有异常变化。
                5.5其他安全注╳意事项
                1、主通风机因事故或其它原因全部停止运转时,必须打开∮防爆门,实行自然通风;再次启动风机时必须待风机停稳后,方可再次启动;
                2、主通风机运转中,严禁打开各检查门、孔,防止∩意外事故;
                3、严禁高压电未断的时候,切断变频器的控制电源。
                6现场应用情况

                焦家寨煤矿通风机选用JD-BP37-1000F风光变频器4套,于2013年7月2日变频器一次性投运成功,至@ 今运行正常。变频运行后,风门全部打开,用户根据所需风量风压实时调节变频器频率,进而∏调节通风机运行工况。不仅完全满足煤矿生产工艺要求,而且用户操作非常方便。现场调试中发现,1#风机的前后两级电机采用高压变频器分别独立控制,可以有效避免喘振现象。现场测试1#风机有关数据▽如下。一级电机运行参数,运行频率:43Hz,变频输入电流:40.3A,输入电压:6.22kV,输出电压:5.35kV,输出电流:75.3A;二级电机运行参数,运行频率:39Hz,变频输入电流:45.3A,输入电压:6.31kV,输出电压:4.92kV,输出电流:76.5A。人机界面现场照片如图4所示。


                 
                 
                图4 高压变频器人机界面现场照片


                概括来说,通风机采用高压变频器有以下效果:
                (1)变频起动对电︻网没有任何冲击。由于变频器改造后风机可以实现变频软起动,避免了起动电流的冲击。
                (2)按需调节风∑量,避免浪费。进行变频改造后,风机的送风量不再需要由风门来调节,而是由变频器通过变频调节风机的转速来实现,调节范围可以从0%~100%;因而可以根据井下生产需要随意调节风量,减少了不必要的浪费。经现场测△试数据计算,风机变频运行时比工频运行相比,节电率高达46.4%。
                (3)降低风机工作强度,延长使用寿命。进行变频改造后,风机的大部分工作时间都在较低的速▂度下运行,润滑条件改善,因≡而大大降低了风机工作的机械强度和磨损,将会大大延长风机的使用寿命。
                (4)保证了风机安全运行,避免了风机前后级电机的喘振现象。在调试中,发现当前后级电机在40Hz左右运行时,风机前、后级电机波动较大,当风机一级电机运行频率43Hz,二级电机运行频率39Hz,可々以满足矿井通风要求,风机运行平稳。
                (5)监控界面全为纯中◥文操作,操作简单,使用方便。
                7结束语
                      大同煤矿集团焦家寨矿通风机经过变频改造之后,不仅达到了良好的节能效果,并且使整套通风系统的稳定性提高了一个大台阶。随着国家对节能减排工◥作的越来越重视,煤矿企业通过各种措施降低生产成本,其中变频技术起到了关键作用。