奧雅變頻器在煤礦通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

關(guān)鍵詞： 宋體 功率因數(shù) 井下

摘要：為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)針對高壓主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造。根據(jù)設(shè)備的具體工藝情況，并且分析比較各種可能的技術(shù)方案，確定了采用高壓變頻技術(shù)的最佳解決方案。通過對改造前后主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況的對比分析，得出改造后電能大幅度降低、提高了主通風(fēng)機(jī)的控制水平的結(jié)論。

節(jié)能降耗已成為我國的基本國策。煤礦企業(yè)既是產(chǎn)能大戶，又是耗能大戶，許多煤礦企業(yè)都非常重視高耗能用電設(shè)備的節(jié)能技改工作。特別是主通風(fēng)機(jī)，設(shè)備功率大、24 h不停運(yùn)轉(zhuǎn)。由于煤礦特殊的工藝要求，該設(shè)備存在很大的節(jié)能空問。在滿足礦井的通風(fēng)需要的同時，又實(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)能，本文通過闡述對山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)礦井主通風(fēng)機(jī)采用高壓變頻改造，選用功率單元串聯(lián)多電平高壓變頻器，實(shí)現(xiàn)了主通風(fēng)機(jī)的電能節(jié)約和風(fēng)量無級自動調(diào)節(jié)。

1、設(shè)備的工況和節(jié)能要求

1.1、設(shè)備參數(shù)

煤礦企業(yè)主通風(fēng)機(jī)為南陽防爆集團(tuán)生產(chǎn)的2臺防爆對旋式軸流通風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)主要參數(shù)如下：

* 型號：BDK65—10一N026

* 電動機(jī)額定功率／kW：2 x 800

* 負(fù)壓／Pa：3077～120

* 風(fēng)量／m ?s：60～150

* 額定轉(zhuǎn)速／r-min：990

* 額定電壓／V：10000

* 額定電流／A：2x 56.3

* 絕緣等級：F級

1.2、運(yùn)行情況

2臺對旋風(fēng)機(jī)互為備用，單臺電機(jī)運(yùn)行電流在43 A左右，該風(fēng)機(jī)月用電量在63萬kWh以上。

1.3、對設(shè)備節(jié)能的具體要求

根據(jù)礦井具體情況，確定了采用變頻方式進(jìn)行技術(shù)改造。

(1)在不影響通風(fēng)量的前提下，變頻設(shè)備應(yīng)大幅度降低原用電設(shè)備(指的是煤礦主通風(fēng)機(jī))的電能，節(jié)電量要在20％ 以上。

(2)在不降低的基礎(chǔ)上，能夠提高原用電設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。

(3)變頻設(shè)備自身的使用壽命長，損耗低，日常維護(hù)量少。同時能夠降低原用電設(shè)備的維護(hù)量。

(4)變頻設(shè)備操作方便、不改變原用電設(shè)備操作工的操作習(xí)慣。操作工在簡單培訓(xùn)后就可以熟練操作變頻設(shè)備。

(5)為了滿足未來煤礦的發(fā)展需要，變頻設(shè)備容量留有一定的富裕。

2、改造方案的確定

經(jīng)過論證分析，確定了采用功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器根據(jù)井下負(fù)壓值連續(xù)控制主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量的節(jié)能方案，利用1臺變頻器同時拖動1臺對旋風(fēng)機(jī)的2臺電機(jī)，2臺對旋風(fēng)機(jī)可以分時使用變頻。

2.1、風(fēng)量調(diào)節(jié)方式的選擇

礦井生產(chǎn)過程中，井下對風(fēng)量的需求和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性經(jīng)常發(fā)生變化，需要經(jīng)常調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)以適應(yīng)生產(chǎn)要求。《煤礦安全規(guī)程》對煤礦井下的通風(fēng)量有具體規(guī)定，小了不能滿足要求，大了會使采煤工作面粉塵加劇而且浪費(fèi)能源，操作工人通過觀察井下的負(fù)壓值高低來判斷風(fēng)量是否適合。

原系統(tǒng)主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)主要是改變?nèi)~片安裝角度和節(jié)流調(diào)節(jié)，但是節(jié)流調(diào)節(jié)會造成能源浪費(fèi)；改變?nèi)~輪葉片安裝角度一方面需停機(jī)操作，另一方面也會使風(fēng)機(jī)效率發(fā)生變化，通常需調(diào)節(jié)的幅度較大時才采用。只有根據(jù)負(fù)壓值變化自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方式不改變風(fēng)機(jī)的效率，在各個工況點(diǎn)實(shí)現(xiàn)不停機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)高效狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。

2．2、調(diào)速方式的選擇

(1)液力耦合器在電機(jī)和負(fù)載之間串人一個液力耦合裝置，通過液面的高低調(diào)節(jié)電機(jī)和負(fù)載之間耦合力的大小，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的速度調(diào)節(jié)。這種調(diào)速方法實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)差功率消耗型的做法，其主要缺點(diǎn)是隨著轉(zhuǎn)速下降效率越來越低，并且維護(hù)工作量大。

(2)串級調(diào)速 串級調(diào)速必須采用繞線式異步電動機(jī)，將轉(zhuǎn)子繞組的一部分能量通過整流、逆變再送回到電網(wǎng)，而現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場幾乎都采用鼠籠式異步電動機(jī)，更換電機(jī)非常麻煩。這種調(diào)速方式的調(diào)速范圍一般在70％ ～95％，調(diào)速范圍窄。容易造成對電網(wǎng)的諧波污染，功率因數(shù)低；串級調(diào)速電機(jī)受轉(zhuǎn)子滑環(huán)的影響，大功率無法實(shí)現(xiàn)；滑環(huán)維護(hù)工作量大；屬于落后技術(shù)。

(3)變頻調(diào)速方式(根據(jù)公式n=60f(1一s)／P)通過高壓變頻器改變電源頻率來調(diào)節(jié)三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方式調(diào)速范圍寬、設(shè)備使用壽命長、自身能耗低、日常維護(hù)量少。缺點(diǎn)是設(shè)備造價比較高，但是隨著高壓變頻器大規(guī)模的推廣，其造價正在逐步降低。通過以上分析可見高壓變頻方式最為合適。

2．3、高壓變頻器種類的選擇

高壓變頻技術(shù)由于現(xiàn)有的電力電子器件耐壓不足，所以每臺產(chǎn)品均需要使用大量的電力電子器件。這些器件組合的多樣性，使得高壓變頻電路組合也很多，當(dāng)前常用的高壓變頻器主要有以下幾類技術(shù)

方案：

(1) 高低高方式

即變頻器為低壓變頻器，采用輸入降壓變壓器，先把電網(wǎng)電壓降低，然后采用1臺低壓變頻器實(shí)現(xiàn)變頻；對于電機(jī)，則有2種辦法：①改用低壓電機(jī)；②仍采用原來的高壓電機(jī)，需要在變頻器和電機(jī)之間再增加1臺升壓變壓器，即高一低一高變頻方式。這種做法由于采用低壓變頻器，容量也比較小，對電網(wǎng)側(cè)的諧波較大。

(2) 三電平電壓型高壓變頻調(diào)速方式

三電平電壓源型高壓變頻技術(shù)通過獨(dú)特的二極管鉗位(或者其他的鉗位)方法，可以使系統(tǒng)的輸出電壓增加一個電平，與兩電平相比較，這種方式的相電壓可以有3個電平輸出，故稱為三電平。同時每個電力電子器件所承受的耐壓只有直流母線電壓的一半，所以采用這種方式，可以使電力電子器件的耐壓要求降低一半，當(dāng)采用一些高壓的全控型器件，如高壓IGBrI1、IGCT、ⅢCI1、GTO晶閘管時，可以直接實(shí)現(xiàn)高壓輸出。由于控制上難度較大，這種方法目前應(yīng)用比較少，技術(shù)尚不成熟，所以不采用。

(3) 功率單元串聯(lián)式多電平高壓變頻方式

功率單元串聯(lián)式多電平高壓變頻產(chǎn)品是在輸入端設(shè)置1臺輸入隔離變壓器，將輸入高壓交流電變成多組低壓交流電，每組低壓交流電分別輸入到1個功率單元，經(jīng)整流濾波為直流電后，再經(jīng)逆變成為交流電，各功率單元的交流信號在逆變側(cè)串聯(lián)成為高壓交流輸出供給高壓電動機(jī)。為了減少輸入諧波，變壓器的每個二次繞組的相位1次錯開1個角度，形成多脈沖、多重化整流方式。其逆變輸出采用多重PWM方式，輸出諧波非常小。這種方式采用低壓器件實(shí)現(xiàn)高壓變頻輸出，器件無需串聯(lián)，輸入輸出諧波非常小，是一種成熟穩(wěn)定的高壓變頻技術(shù)。