【摘 要】
本文介紹了東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司高壓大功率變頻器在煤礦行業(yè)要害設(shè)備上的成功應(yīng)用，通過(guò)改造，達(dá)到節(jié)能的效果。
【關(guān)鍵詞】
高壓變頻器 煤礦 瓦斯泵
【Abstract】
This text introduced Dong Fang Hitachi (CD) Electric Control Equipments Co.,Ltd the high- voltage inverter in the success of the coal mine profession vital part equipments application, pass the reformation, attain the result of economy energy.
【Key words】
high-voltage inverter coal mine gas pump
一、 前 言
老虎臺(tái)礦座落在素有“煤都”之稱(chēng)的撫順東部 ,是撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司下屬的重點(diǎn)煤礦。井田面積10平方公里，開(kāi)采于1901年，至今已有百年開(kāi)采歷史。截止2004年末，可采儲(chǔ)量5562 .8 萬(wàn)噸，礦井設(shè)計(jì)能力由建國(guó)初期的 30萬(wàn)噸 建成年產(chǎn) 320萬(wàn)噸的大型礦井，采煤機(jī)械化程度為100%。建國(guó)以來(lái)累計(jì)生產(chǎn)煤炭1.619億噸，上繳利潤(rùn)29.154 億元，成為撫順礦業(yè)集團(tuán)的支柱企業(yè)。老虎臺(tái)礦現(xiàn)有在籍員工7869 人，主導(dǎo)產(chǎn)品為二級(jí)精煤，副產(chǎn)品為八級(jí)精煤和五級(jí)中塊，其性能具有低硫、低灰的氣煤， 發(fā)熱量為 22.99 — 25千焦耳之間， 是優(yōu)質(zhì)的工業(yè)動(dòng)力煤和生活用煤，煤炭主要銷(xiāo)往鞍鋼、本鋼等地，煤氣作為副產(chǎn)品 原只供于本地區(qū)和市內(nèi)，現(xiàn)向沈陽(yáng)部分地區(qū)供氣，年供氣量將達(dá)到 8000多萬(wàn)m3 以上。
圖1 老虎臺(tái)礦二、 煤礦高壓變頻器改造的可行性分析 主扇風(fēng)機(jī)在煤礦生產(chǎn)中有著重要的地位，隨著開(kāi)采和掘進(jìn)的不斷延伸，巷道延長(zhǎng)，盡管風(fēng)量基本不變，但井下所需的風(fēng)壓要求卻不斷增加，風(fēng)機(jī)需用功率也隨之增加。根據(jù)反風(fēng)及開(kāi)采后期運(yùn)行狀況來(lái)確定的主扇風(fēng)機(jī)及拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率通常遠(yuǎn)大于煤礦長(zhǎng)期開(kāi)采所需的正常運(yùn)行功率。存在以下幾個(gè)問(wèn)題:
2.1、電能的嚴(yán)重浪費(fèi) 大型煤礦的服務(wù)年限大多在幾十年以上，投產(chǎn)初期到井田穩(wěn)定開(kāi)采一般在十年以上，這就以為在主扇風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上余量特別大，說(shuō)明在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間主扇風(fēng)機(jī)一直處在較輕負(fù)載下運(yùn)行。由于煤礦主扇風(fēng)機(jī)一般采用檔板調(diào)節(jié)，因此造成能源浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本。
2.2、 啟動(dòng)困難，機(jī)械損傷嚴(yán)重 主扇風(fēng)機(jī)采用直接啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，啟動(dòng)電流大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣有著較大的威脅，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。而高壓電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的單軸轉(zhuǎn)矩現(xiàn)象使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生較大的機(jī)械振動(dòng)應(yīng)力，嚴(yán)重影響到電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)及其它機(jī)械的使用壽命。
2.3、自動(dòng)化程度低 主扇風(fēng)機(jī)依靠人工調(diào)節(jié)檔板，更不具備風(fēng)量的自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)功能，自動(dòng)化程度低。在故障狀態(tài)下，如風(fēng)流短路，將對(duì)礦井正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。
為了礦井的安全生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本，提升該煤礦的自動(dòng)化水平，對(duì)主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造具有非常重要的意義。
三、 設(shè)備選型及特點(diǎn) 交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、慣量小、維護(hù)方便，可在惡劣環(huán)境中運(yùn)行，容易實(shí)現(xiàn)大容量化，高壓化、高速化、價(jià)格低廉。
3.1、調(diào)速方案比較 從節(jié)能的角度，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速裝置可以分為高效調(diào)速裝置和低效調(diào)速裝置兩大類(lèi)。高效調(diào)速裝置的特點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)基本保持額定轉(zhuǎn)差，不增加轉(zhuǎn)差損耗，或可以將轉(zhuǎn)差動(dòng)率回饋至電網(wǎng)。低效調(diào)速裝置的特點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)改變轉(zhuǎn)差，增加轉(zhuǎn)差損耗，下面通過(guò)機(jī)械特性、調(diào)速范圍、節(jié)能效果、故障處理、投資成本、維護(hù)保養(yǎng)、可靠性、性能等方面做個(gè)詳細(xì)比較。
各種交流電機(jī)調(diào)速方式比較如下圖
通過(guò)比較，高壓變頻調(diào)速以節(jié)能效果明顯，調(diào)速范圍寬，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，可靠性明顯高于其他調(diào)速裝置，是目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)高壓電機(jī)調(diào)速的發(fā)展趨勢(shì)，雖然前期投資比起其他的調(diào)速裝置昂貴，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮，投資回報(bào)率非常高。撫順煤礦老虎臺(tái)礦通過(guò)充分的論證、分析，最終決定對(duì)該廠的抽出井下空氣的主扇風(fēng)機(jī)調(diào)速和中央瓦斯泵調(diào)速均采用高壓變頻調(diào)速，通過(guò)國(guó)內(nèi)外幾家高壓變頻器廠商的比較，最終選用的是東方日立（成都）電控設(shè)備有限生產(chǎn)的DHVECTOL-DI系列變頻器。
3.2、東、西主扇風(fēng)機(jī)高壓變頻方案的選擇 老虎臺(tái)礦東、西主扇風(fēng)機(jī)分別配置三臺(tái)高壓電機(jī)，兩套風(fēng)機(jī)。其中的1600kW電機(jī)和630kW電機(jī)帶一臺(tái)風(fēng)機(jī)，中間通過(guò)連軸器連接，如果其中一臺(tái)電機(jī)故障，解開(kāi)對(duì)輪，接上另外一臺(tái)電機(jī)，從而保證井下通風(fēng)，如圖2。
圖2 東、西主扇風(fēng)機(jī)系統(tǒng)圖 考慮到井下通風(fēng)的連續(xù)性，在變頻改造之前一般的運(yùn)行方式是其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，另外一臺(tái)聯(lián)動(dòng)，輪換的時(shí)候都是另外一臺(tái)運(yùn)行起來(lái)，再停其中一臺(tái)。為了提高變頻器的利用率，所以在高壓變頻器設(shè)計(jì)方案里保證了1年365天都能運(yùn)轉(zhuǎn)。其中一次回路如圖3。
圖3、 東、西主風(fēng)扇變頻改造一次回路圖(1)、正常情況下變頻器帶動(dòng)1050kW電機(jī)運(yùn)行，變頻器運(yùn)行中故障直接聯(lián)動(dòng)變頻風(fēng)機(jī)，如果聯(lián)動(dòng)不成功，變頻器發(fā)出聯(lián)動(dòng)失敗信號(hào)，在啟動(dòng)630kW電機(jī)工頻運(yùn)行。
(2)、KM1和KM2同工頻運(yùn)行的小車(chē)開(kāi)關(guān)互鎖；
3.3、中央瓦斯抽放泵高壓變頻方案的選擇 瓦斯抽放泵是用于煤礦在地面集中抽放井下瓦斯的一種專(zhuān)用安全裝備，其特點(diǎn)是能有效地抽出部分或大部分煤層解吸瓦斯，減輕礦井通風(fēng)負(fù)擔(dān)，同時(shí)將抽出的瓦斯輸送到居民區(qū)，中央瓦斯泵站共配置4臺(tái)瓦斯泵，兩用兩備，定期切換，系統(tǒng)配置如圖4。
圖4、中央瓦斯泵系統(tǒng)示意圖 瓦斯泵的可靠性要求非常高，運(yùn)行中一臺(tái)故障聯(lián)動(dòng)另外一臺(tái)，在改造方案中充分的考慮到安全性，做出如圖5所示的方案
圖5、瓦斯泵變頻器一次回路圖（1）、正常情況下，變頻器帶一臺(tái)瓦斯泵運(yùn)行，如果在運(yùn)行中變頻器出現(xiàn)故障直接聯(lián)動(dòng)變頻泵工頻運(yùn)行，聯(lián)動(dòng)失敗，發(fā)出聯(lián)動(dòng)失敗信號(hào)直接啟動(dòng)另外一臺(tái)工頻泵運(yùn)行；
（2）、QF2與QF3和QF4互鎖；
3.4、遠(yuǎn)程通訊方案的選擇 為了保證煤礦的安全生產(chǎn)，煤礦調(diào)度室需要時(shí)時(shí)監(jiān)控井下人員安全情況以及煤礦所有設(shè)備的安全運(yùn)行情況，同時(shí)按照各個(gè)專(zhuān)業(yè)的劃分，機(jī)電廠和保安區(qū)也分別要時(shí)時(shí)監(jiān)控主扇風(fēng)機(jī)和瓦斯泵的運(yùn)行狀況，做出如圖6系統(tǒng)通訊方案。
圖6、變頻器通信方案 注：東、西風(fēng)扇變頻器的信號(hào)傳送到機(jī)電廠監(jiān)視，瓦斯泵站變頻器的信號(hào)送到保安區(qū)監(jiān)視。機(jī)電廠和保安區(qū)再將信號(hào)送到礦調(diào)度。保證了所監(jiān)視的數(shù)據(jù)能在礦調(diào)度、機(jī)電廠、保安區(qū)同時(shí)顯示。
3.5、DHVECTOL-DI變頻器特點(diǎn) (1)、輸入諧波小，高功率因數(shù)；
(2)、高效率，高可靠性；
(3)、電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，無(wú)沖擊電流，保護(hù)了電機(jī)，降低維護(hù)電機(jī)費(fèi)用；
(4)、單元旁路功能，保證了運(yùn)行的可靠性；
(5)、瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能，不會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)的波動(dòng)造成變頻器停機(jī)；
(6)、通用的通訊接口；
(7)、完善的運(yùn)行記錄和系統(tǒng)自診斷能力。
四、 項(xiàng)目實(shí)施情況 該項(xiàng)目2005年9月29日采購(gòu)，2005年11月27日設(shè)備運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，2005年12月7日開(kāi)始安裝東、西主扇風(fēng)機(jī)變頻器，2005年12月21日開(kāi)始調(diào)試變頻器主體部分，2005年12月29日開(kāi)始調(diào)試遠(yuǎn)程通信，2006年1月9日完成所有調(diào)試，投入生產(chǎn)運(yùn)行，1月12日順利通過(guò)72小時(shí)生產(chǎn)考核運(yùn)行，通過(guò)一個(gè)月的運(yùn)行考核，初步估算節(jié)能達(dá)到40%以上。
圖7、變頻改造的高壓電機(jī)五、 結(jié)束語(yǔ) 我國(guó)是世界上的產(chǎn)煤大國(guó)，又是能源貧乏的國(guó)家之一，而且也是噸煤電耗比較高的國(guó)家。我們要?jiǎng)?chuàng)造出一條以低能耗實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的新路,節(jié)能降耗是明智之舉。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用也表明，高壓變頻器的應(yīng)用于煤礦系統(tǒng)改造能取得良好的運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益。在國(guó)家倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的大好形勢(shì)下，煤礦行業(yè)高壓變頻改造也是刻不容緩的。
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