基于高压变频器技术的矿井通风机节能改造

文章编号：1002－6673（2010）03－166－02

Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProducts

机电产品开发与创新

Vol．23,No．3

May．,2010

基于高压变频器技术的矿井通风机节能改造

梁南丁，李燚琳

（平顶山工业职业技术学院，河南平顶山467001）

摘要：煤矿企业既是产能大户又是耗能大户,节能降耗已成为煤矿企业增收节支的重要指标，许多煤矿企

业都非常重视高耗能用电设备的节能改造工作。通风设备是煤矿的主要耗能设备之一，本文以平煤八矿主通风机节能改造为例，对矿井通风机实施变频改造的必要性，变频改造系统的设计，改造后的经济效益进行了分析。论证了高压变频器的应用于煤矿主扇风机的系统改造，必将取得良好的运行效果和经济效益。

关键词：变频技术；通风机；调速系统；节能中图分类号：TD63

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2010.03.066

BasedonHigh-voltagetotheFrequencyChangerofTechnology,Energy-savingMineVentilator

LIANGNan-Ding，LIYi-Lin

（HenanPingdingsanIndustrialandVocationalCollegeofTechnology，PingdingsanHenan467001，China）

Abstract:Coalproductionisbigbusiness,butalsoenergy-hungry,Energy-savinghasbecomeamajorcoalenterprisesincreaserevenueandreduceexpendituretargets,manycoalenterprisesattachgreatimportancetohighenergy-consumingelectricalequipment,energy-savingwork.Coalmineventilationequipmentisoneofthemajorenergy-consumingequipment,Inthispaper,energy-savingfanPingdingshaneightminers,forexample,theimplementationoffrequencyconverteronminefannecessity,frequencytransformationofsystemdesign,trans-formedtheeconomicbenefitsanalyzed.Demonstratedthehigh-voltagefrequencyconvertersusedincoalminemainfansystemreformisboundtoachievegoodoperatingresultsandeconomicbenefits.

Keywords:tochangethefrequencyoftechnology；ventilator；speedcontrolsystem；saveenergy

0引言

平煤八矿于1984年建成投产，年产量300万吨，是平煤集团的主力生产矿井之一。然而，随着开采年限的延长和产量的提高，该矿面临着采面接替、生产条件日益恶劣等问题。1991年八矿被列为瓦斯突出矿井。因此，通风问题是关系到安全生产的重要工作。

题是：①调节精度低、线性度差、实时性差；②采用风门调节，造成管路压力增加，造成大量电能浪费；③直接起动时，造成电网波动严重和机械冲击大，影响着系统的运行可靠性和寿命；④通风机的电机转速无法自动调节，长期以额定转速运转，对轴承等部分造成较大磨损；⑤档板采用人工调节，实时性差，需停机进行，操作麻烦，费时费力。

1改造前系统存在的主要问题

矿井主通风机担负着该矿井下主通风任务，是至关重要的大型安全生产设备，需要长期、连续、可靠、安全的运行。改造前风机采用的调节风量方式为调节风门开度方式，系统在正常运转情况下风门开度仅为60％左右，其风量约为额定的60％～70％。系统存在的主要问

收稿日期：2010－03－02

作者简介：梁南丁（1953－），男，安徽肥东人，教授。现主要从事电气控制工程方面的研究。

2改造方案及要求

鉴于上述问题的存在，对现有风机进行变频技术改造，采用大功率变频器实现主通风机同步电机无级调速技术方案。由于同步电机与异步电机的不同，同步电机进行变频调速改造时对高压变频装置的要求也有些差别，具体要求如下：①能够解决同步电机启动整步问题；②能够解决同步电机调速过程中输出电压和励磁电流的协调控制；③变频装置输出电压、电流谐波应尽可能小。

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·测试与控制·

3高压变频调速装置设计

（1）高压变频器系统原理及参数。该高压变频器将采用性能优良、技术成熟、安全可靠的无谐波功率单元串联多电平技术。由电网送来的三相6000V交流电经过隔离移相变压器变为15组690V分别供给15个功率单元，每相上的5个功率单元输出的单相SPWM波相叠加后，采用Y形连接，将形成线电压为6000V的高质量的正弦波输出供给高压同步电动机驱动风机。

主控柜和功率柜之间采用光纤隔离技术，防止了电磁干扰，做到了高压与低压的完全隔离，具有极高的安全性。功率单元采用交—直—交变频技术，单相输出，

（3）变频系统组成及各部件功能。整个系统由1台高压变频柜、

图1风机变频方案示意图

1台控制柜、1台变压器

Fig.1Ventilatorchangesinthefrequency

programhintfigure

柜、1台进线柜、1台电机及1台送风机组成，图1为风机变频方案一次图。图中共有2个高压隔离开关，当

QS1、QS2闭合，电机运行在变频状态。

4通风机变频改造后的经济效益

通风机变频控制节能分析：风机属于平方转矩负载，风机的风量Q与转速n成正比，而风机的功率P与转速n的立方成正比。风机风量Q=K1n，风机风压P=··K2n2，风机功率P=K2n3。根据现系统的状况，风门开度55％，考虑风门大小会有变动，计算分析取值风门开度60％，改造前实际运行电流为146A，改造后为92A。风机为连续工作制，年工作时间计24小时×365（天）＝

IGBT元件采用先进高效的热管散热技术，大大提高了

的工作可靠性。现场设备铭牌如下。高压变频器铭牌：额定容量：2000KVA；主变压器类型：干式移相变压器，容量：2200KVA，变比：6KV/15·690V，输入电压：6000V+

15%~30%；高压电网频率：45~55Hz，输出电压：0~6000V，

输出频率：0~50Hz；调速范围：0~500r/min；输出电压谐波含量：<4%；功率因数：96%；过载能力：120%（5分钟）；效率：96%；控制柜与功率单元的传输：光纤传输；冷却方式：超导热管强制，冷却工作环境温度-20°C~+45°C；

电机铭牌：额定电压6KV，额定功率1600KW，额定电流150A，额定转速500r/m，功率因数95%，励磁电流180A，励磁电压80V。

（2）主通风机高压变频改造系统设计。针对通风机目前的情况，现采用高压变频器一台，一拖一的工作方式，对主通风机同步电机实现无级调速控制方案。风机电机由高压变频器控制，原风门调节开度开到最大，风量的调整通过控制电机转速来实现，达到风量的实时精确调节。

采用高压变频无级调速技术方案后，风机电动机的转速可方便地从目前的额定转速向下调节，得到生产所需要的风量；电机不用一直工作在额定转速，大大降低了系统机械的磨损，延长了设备的使用寿命；通过与控制中心通讯连接，可实现风机的自动调节；通过变频控制在风量满足条件下，可取得可观的节能效果。电机实现真正软起动，起动电流控制在额定以下。

8760小时，上网电价按0.50元／度计算：改造前：每年

耗电量为：W=U·I·h＝1.732×6KV×146A×8760（小时）＝

1329万度，年电费为：1329万度×0.50元/度＝664.5万元。

变频改造后：风机与电机轴直连，传动效率100％：每年耗电量为：W=U·I·h＝1.732×6kV×92A×8760小时＝837.5万度，年电费为：837.5万度×0.50＝418.75万元。

变频改造后，风机的年节电：664.5万元-418.75万元=245.75万元。

同时，通风机变频改造后，还可实现节油、节水、节省维修费用等。变频改造的设备投入大约在二年左右可全部收回。

5结论

实践证明高压变频器的应用不仅节省了能源，且改善了工艺，起动平稳，可对电机及风机起到保护作用，提高生产效率，保障生产安全。取得良好的运行效果和经济效益。

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