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鶴煤公司二礦通風機變頻節能改造

發布時間:2014-04-10 作者:新風光
1 引言
  礦井主通風設備擔負著向井下輸送新鮮空氣、稀釋井下有害氣體和調節井下環境溫度和濕度的重要任務,它不僅是大型用電設備,而且24小時晝夜不停地運轉,因此礦井主通風設備高效可靠運轉對于煤礦安全生產有著重要意義。
2 用戶現場改造原因
  河南煤業化工集團鶴煤公司二礦主通風機是煤礦通風系統的命脈,由2臺2K60-4-No.24型軸流式風機和TD118/44-8型電機組成,功率為800kW,轉速750r/min,電壓為6000V,原風機為八十年代安裝使用,磨損嚴重,支架老化,漏風嚴重,反風操作操作繁瑣,拖動電機為同步電動機,維護量大,碳刷更換頻繁,影響了煤礦通風安全。風機啟動電流大,啟動后以工頻方式運行,無法根據井下用風量的改變調節風量,電能的浪費現象較為嚴重。
  為了實現礦用通風機有效經濟運行,褐煤公司二礦領導在2011年煤礦技改項目中,采用航空工業沈陽發動機研究所風機廠生產的2臺AGF606-2.44-1.3-2軸流抽出式礦用風機和西安泰富西瑪電機有限公司生產的Y5601-8三相異步電動機更換原有通風設備。
  軸流式通風機的一般性能曲線如圖1所示:

  其中壓力曲線有駝峰,工況點如在駝峰以右區域時,通風機的工作狀態是穩定的;工況點如在駝峰以左區域,通風機的工作狀態就很難穩定,此時風壓、流量發生波動,當工況點移至左下部時,流量、風壓有激烈脈動,并引起整個風機喘振。喘振可能使風機裝置遭到破壞,因此通風機不允許在喘振狀態下運行。為了避免風機在小流量時發生喘振現象,對風機進行變頻改造是首選,并且當風機速度變化不超過20%,效率基本無變化,使用變頻調速后就可以使風機在小流量段有效運行,不僅不會使風機喘振,還擴大了風機有效運行的工作范圍。
  該礦上以往的主通風機采用工頻運行,在運行中一般采用改變導葉角度和改變檔板角度調節通風量,因此通風效率較低,造成能源浪費,增加了生產成本。又由于主通風機設計上余量特別大,在相當長的時間主通風機一直處在較輕負載下運行,能源浪費突出。
  當主通風機采用電抗啟動時,起動時間長,啟動電流大,對電動機的絕緣有著較大的威脅,嚴重時甚至燒毀電動機。而高壓電動機在啟動過程中所產生的單軸轉矩現象使風機產生較大的機械振動應力,嚴重影響到電動機、風機及其它機械的使用壽命。
  綜合以上原因,為了礦井的安全生產、降低生產成本,鶴煤公司二礦主通風機采用變頻器調節風機風量的方法較佳。
  通過招標方式,選擇了山東新風光電子科技發展有限公司生產的JD-BP37-800F(800kW/6kV)型高壓變頻器(高壓變頻器技術參數如表3所示),高壓變頻器于2011年4月投運,設備至今運行良好。經過集團檢測中心的檢測,各項性能指標達到設計要求,通風機實現了有效運行,改造達到了預期目的。
3 用戶現場設備參數
3.1通風機設備參數

  二礦煤礦通風機為兩臺,一用一備,現場2臺通風機設備參數相同,下面表1給出1#通風機基本參數。

 



3.2風光牌JD-BP37-800F 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,其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準,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-BP37-800F 高壓變頻器技術參數如下表3所示。

4項目實施改造方案
  根據用戶現場的實際情況,旁路柜采用了一拖一工變頻自動轉換方案。如下圖2所示。旁路柜中,共有2個高壓隔離開關和2個真空接觸器,為了確保不向變頻器輸出端反送電,KM3與KM4采用電氣互鎖。當K1、K3、KM1和KM3閉合,KM4斷開時,電機變頻運行;當KM1、KM3斷開,KM4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。

  用戶選配自動旁路柜,并且選擇“手動”模式,則具體轉換過程如下:
  Step1: 執行變頻調速系統停機操作。
  Step2: 斷開交流進線斷路器。
  Step3: 斷開變頻調速系統的輸入側刀閘K1 (參閱圖2)。
  Step4: 斷開變頻調速系統的輸出側刀閘K3。
  Step5: 合變頻調速系統的旁路開關KM4。
  Step6: 關閉所有的門(控制柜除外)。
  Step7: 合交流進線斷路器。
  用戶選擇“自動”模式,則變頻調速系統根據故障情況自動完成到工頻旁路運行的轉換。具體轉換過程如下:
  JD-BP37系列變頻器在變頻運行中出現故障后,控制器發出節點信號控制進線真空接觸器KM1和變頻器輸出真空接觸器KM3進行分斷,然后控制器向PLC發送變頻轉工頻信號,延時一定時間后,旁路開關KM4進行合閘。
  保護:保持原有對電機的保護及其整定值不變。
5變頻運行情況
5.1變頻運行

  變頻投入運行以來一直穩定運行,輸出頻率、電壓和電流穩定,風機運行穩定,變頻器網側實測功率因數為0.976,效率均高于96%,滿載時網側電流諧波總容量小于3%,輸出電流諧波小于4%。風機以低于額定轉速運行,不僅節約了能源,減少了維護費用,還降低了風機的運行噪聲,經濟效益良好。
5.2變頻操作
  變頻器顯示采用中文圖形界面,觸摸屏操作,生動直觀,變頻器的運行狀態一目了然,各種運行數據可在觸摸屏上查詢,便于操作人員及時了解變頻器的運行情況。變頻器操作簡單,可在120秒之內起動至高速,短時間內達到所需風量。簡便的操作和短的起動時間確保了生產安全。并且反風比以前操作簡單可靠,只需設置變頻器按反向的頻率運行即可,完全可滿足10分鐘內實現反風的要求。
5.3運行數據
  2011年5月16日,變頻器運行數據如附表4所示,測試功率因數為:0.976。

5.4能耗分析

  主通風機為軸流式排風機,風機兩臺,一用一備,每臺功率800kW,下圖4為AGF606-2.44-1.3-2特性曲線圖,R1為礦井的通風阻力曲線,R2為調整風門后的阻力曲線,由圖4可知,當需風量為QA時,動葉角度為-50時、風機效率小于72%,這時需將動葉角度調至-100(圖中的B點),以提高風機的運行效率,這時風機的運行效率約為74%,由礦井的通風阻力曲線R1和風機的性能曲線圖,可知風機在動葉角度為-50時,效率較高,這時可通過變頻器調節風機轉速調至A點,以滿足風量要求,這時風機運行在較佳狀態,此時變頻器的運行平均功率為:P變=276.3kW,變頻運行與風機工頻運行相比風壓損失功率為:


  由此可見,變頻運行時,風機效率為80%,其節電率為28.82%,節能效果十分明顯。
6結束語
  風光牌高壓變頻器以其運行穩定,操作簡便,性價比高,得到廣大用戶的擁護。在河南煤業化工集團鶴煤公司下屬的多家煤礦中,主通風機大量采用山東新風光電子公司的產品,應用結果表明,高壓變頻器應用于煤礦主通風機的系統改造,取得了良好的運行效果和經濟效益。