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解決方案

中壓變頻器在煤礦主扇風機上的應(yīng)用

發(fā)布時間:2014-04-11 作者:新風光

1引言
  隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,各行各業(yè)煤炭的需求量也越來越大,,各大型煤炭企業(yè)紛紛開辟新的礦井來擴大規(guī)模,,并且利用各種技術(shù)降低生產(chǎn)成本,因此變頻器在煤炭行業(yè)的需求也就越來越大,。
  主扇風機是煤礦通風系統(tǒng)中最重要的一部分,,它可以說是每一個井下工作人員的呼吸要道,因此它也是煤礦安全生產(chǎn)中最重要的一個環(huán)節(jié),。長期以來,,礦井主扇風機的功率都比較大,而且一天24小時不間斷運行,礦井所需的風量都是通過調(diào)節(jié)風門擋板或葉片角度來實現(xiàn),,根據(jù)反風及開采后期運行工況要求,,所設(shè)計的通風機及拖動的電動機的功率,通常遠大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運行功率,。風機設(shè)計上余量特別大,,在相當長的時間風機一直處在較輕負載下運行,因此,,煤礦通風系統(tǒng)中存在著極為嚴重的大馬拉小車現(xiàn)象,,能源浪費非常突出。
2 用戶介紹
  山西焦煤集團正興煤業(yè)有限公司于2009年8月由山西焦煤集團投資有限公司作為主體企業(yè),,重組整合偏關(guān)縣五座煤礦而成,,下有九鑫礦、閆家溝礦兩座礦井,。九鑫礦生產(chǎn)能力為120萬噸/年,,其主扇風機擔負著整個礦井的通風任務(wù),要求安全穩(wěn)定性極高,,因為風機一旦停機,,短時間內(nèi)就將造成全礦無法正常生產(chǎn),控制方式采用調(diào)節(jié)風門開度的大小來調(diào)整風量,,這樣,,不論生產(chǎn)的需求大小,風機都要全速運轉(zhuǎn),,而運行工況的變化則使得能量以風門節(jié)流損失消耗掉了,。不僅控制精度受到限制,而且還造成大量的能源浪費,,從而導致生產(chǎn)成本增加,,設(shè)備使用壽命縮短,設(shè)備維護,、維修費用高居不下,,針對這種情況,礦領(lǐng)導經(jīng)過論證,,決定選用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP34系列中壓變頻調(diào)速器4套對主扇風機進行控制,,改造取得了成功。
  九鑫礦主扇風機為兩臺,,一用一備,,現(xiàn)場1#、2#通風機設(shè)備參數(shù)相同,,下面表1,、表2給出1#風機基本參數(shù)?,F(xiàn)場主扇風機如圖1所示。



3 風光牌JD-BP34-270F中壓三電平變頻器介紹
  風光牌JD-BP34-270F中壓三電平變頻器采用高速DSP和CPLD芯片作為主控器件,,主電路采用三電平或稱中點箝位拓撲結(jié)構(gòu),。友好人機界面可以設(shè)置各種參數(shù)及實時監(jiān)測運行狀態(tài)。國內(nèi)較早成功研制三電平變頻器的廠商,,產(chǎn)品榮獲山東省科技進步獎,。
3.1  產(chǎn)品性能特點
(1)主電路采用三電平或稱中點箝位拓撲結(jié)構(gòu),不但能輸出較高電壓,,而且能降低輸出電壓諧波成分和電壓變化率dv/dt,,輸出波形良好。
(2)輸出端采用三相RLC低通濾波器,,將變頻器輸出的三相SPWM波濾成正弦波,,有利于保護電機。
(3)采用先進的高速DSP和CPLD芯片作為主控器件,,保證變頻器的穩(wěn)定運行,。易于操作的人機界面可實現(xiàn)各種參數(shù)的設(shè)置及運行狀態(tài)的監(jiān)控。
(4)不受電網(wǎng)波動影響,,電機側(cè)電壓穩(wěn)定。增加低頻啟動電壓可以補償線路損耗,,適應(yīng)遠距離傳輸(最遠達3000m以上),。
(5)保護功能齊全。設(shè)有過壓,、欠壓,、硬件過流、2倍過流,、過載,、欠載、溫升過高及失速等保護,,并配有電機保護儀,,變頻器一旦保護,會立即保存故障數(shù)據(jù),,便于查找分析,,有效保護變頻器及電機。
(6)內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器,,可開/閉環(huán)運行,。
3.2產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范


3.3風光牌JD-BP34-270F中壓三電平變頻器有關(guān)設(shè)計
  本文僅對該變頻系統(tǒng)的技術(shù)特點簡述如下,與380V級通用變頻器相同部分不再贅述,。
(1)主電路與功率器件的選擇
  在PWM電壓型380V級變頻器中,,一般采用兩電平電路,。若用兩電平電路實現(xiàn)1140V的輸出勢必要用昂貴的高壓管或采用低壓管串聯(lián)結(jié)構(gòu),由于器件串聯(lián)動態(tài)均壓問題不易解決,,應(yīng)盡量避免,。
  本設(shè)計的整機方塊圖如圖2所示。

圖2  整機主回路

  其中主電路部分采用三電平電路或稱中心點部位(NeturalPointClamped-Npc)方式,,它不但能輸出較高電壓,,而且能降低輸出諧波和電壓變化率(dv/dt),良好的波形正是本設(shè)計的目標之一,。圖中的功率開關(guān)器件選用西門子的雙單元IGBT模塊(300A/1700V),,采用兩模塊并聯(lián),整流橋采用300A/1600V雙單元,,整流后由兩組大電容器相串聯(lián)組成濾波器,,電解電容采用10000UF/400VDC,六串四并,,如圖電容器的連接點即本電路的中心點(三電平的中間電平),。主回路可控硅延時導通,選用350A/1600V的模塊,。
(2)載波頻率的選擇
  提高載波頻率對改善波形,、降低噪聲大有好處,可是載波頻率提高,,會使開關(guān)損耗增加,,所以選擇時必須權(quán)衡利弊,本設(shè)備中載波頻率選為2.0kHz,,選擇這個值時考慮到了輸出端LC低通濾波器電感鐵芯的重量因素,。
(3)變頻器有關(guān)參數(shù)設(shè)置如表4所示。


4改造主回路控制方案
  正興煤業(yè)九鑫礦主扇風機為兩臺,,一用一備,。風機電機變頻器采用一拖一控制,風光中壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進線柜,、變頻單元柜組成,。變頻運行時,變頻器為電機提供全面的保護,。如果變頻器在運行中出現(xiàn)故障,,立即將備用風機投入運行,保證煤礦通風生產(chǎn)要求,。1#風機中壓變頻器柜一次回路如圖3所示,。

  DL:用戶負荷開關(guān)
  1#、2#BPQ:JD-BP34-270F中壓變頻器
  D:220kW/1140V異步電動機


圖4 中壓變頻器運行照片


圖5 人機界面運行圖

5 現(xiàn)場應(yīng)用情況
  正興煤業(yè)九鑫礦主扇風機選用型號JD-BP34-270F風光變頻器4套,,于2012年7月2日一次性投運成功,。變頻運行后,,風門全部打開,運行頻率26Hz左右,,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。變頻器運行穩(wěn)定,。變頻器現(xiàn)場運行如圖4所示,,人機界面運行如圖5所示,變頻器運行參數(shù)記錄如表5所示,。

  風機采用變頻器改造投入運行后,,輸入電流從72A下降到30A左右,風機電機功率從113.7kW下降到56.9kW,,節(jié)電率為(113.7kW-56.9kW)/113.7kW=50%,。
  變頻改造的其他優(yōu)點:
(1)采用變頻器后啟動風機時可以實現(xiàn)變頻軟啟動,避免了啟動電流對電網(wǎng)及控制設(shè)備的沖擊,,可以有效地延長電氣設(shè)備的使用周期,。
(2)按需調(diào)節(jié)風量,調(diào)速范圍寬且調(diào)速精度高,,避免浪費,。進行變頻改造后,風機的風量不再需要通過改變?nèi)~片角度來調(diào)節(jié),,而是由變頻器通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn),,調(diào)節(jié)線性度好,因而可以根據(jù)井下生產(chǎn)需要隨時調(diào)節(jié)風量,,避免了浪費。
(3)降低了風機的工作強度,,延長了使用壽命,。進行變頻改造后,風機的大部分時間工作在低速狀態(tài)下,,因而大大降低了風機的機械強度和電氣沖擊,,大大延長了風機壽命,提高了風機的安全運行系數(shù)和運行周期,。
(4)變頻器具有短路,、過載、過壓,、欠壓,、缺相等各種保護,有效地保護了電機,。
(5)改善了現(xiàn)場工作環(huán)境,,由于降低了風機的轉(zhuǎn)速,,風機噪聲大大降低,深受現(xiàn)場工作人員的歡迎,。
(6)減少了反風中的操作環(huán)節(jié),,以前反風需要操作系統(tǒng)的立式風門、水平風門以及反風風門,,工序繁多而且經(jīng)常出現(xiàn)倒錯風門的事故?,F(xiàn)在使用軸流式風機和變頻器控制后,反風時極其簡單,,只要在人機界面上將運行頻率調(diào)整為負的頻率,,電機就會先減速至零點然后再反轉(zhuǎn)到所調(diào)頻率,這期間不用再調(diào)整整個風門系統(tǒng),,減少了工作量,,降低了操作過程中的故障率。
6結(jié)束語
  正興煤業(yè)九鑫礦主扇風機經(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,取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益,,適應(yīng)了國家建設(shè)資源節(jié)約型社會的潮流,。