东源公司一平浪煤矿主扇风机变频改造.docx

东源公司一平浪煤矿主扇风机变频改造2.1主扇风机变频调速节能可行性分析矿井透风设计经过中，有些时候很难计算管网的阻力，通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选型的根据，但风机的型号和系列是有限的，往往选取不到适宜的风机型号时就往上靠，一般裕度大于20%-30%。因此这些风机运行时，只有靠调节风门或者风道挡板的开度来知足消费工艺对风量的要求。风机机械特性为平方转矩特性，风机运行时，靠调节风门或风道挡板的开度来调节风机风量的方法，称为节流调节。在节流调节经过中，风机固有特性不变，仅仅靠关小风门或者挡板的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路系统的损失，不利于风机的节能运行。采用变频调速控制装置，通过改变风机的转速，进而改变风机风量以适应消费工艺的需要。风机以调速控制方式运行能耗最省，综合效益最高。沟通电机的的调速方式有多种，变频调速是高效的最正确调速方案，它可以实现风机的无级调速，并可方便地组成闭环控制系统，实现恒压或者恒流量的控制。2.2主扇风机变频调速节能原理图1为所示为主扇风机风压-风量H-风量Q曲线特性图。N1为风机在额定转速运行时的特性，N2风机降速运行在N2转速时的特性，R1风机管路阻力最小时的阻力特性，R2风机管路阻力增大到某一数值时的阻力特性。风机在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小风量到Q2实际上通过增加管网管阻，使风机的工作点移到R2上的B点，风压增大到H2，此时风机所需的功率正比H2与Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机所需的功率增大了。这种调节方式控制固然简单，但功率消耗大，不利于节能，是以高运行本钱换取简单控制方式。假设采用变频调速，风机转速由N1下降到N2，这时工作点由A点移到C点，流量还是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减小是明显的。3高压变频器控制方案设计3.1高压变频器选择矿井主扇风机拖动电机只有电动经过，而不需要电气制动和能量回馈经过，属于两象限运行状态。因此，选用山东新风光电子科技开展有限公司消费的风光牌JD-BP37-400F型高压变频器2套对南翼风机进展改造，改造到达了预期目的。1系统组成其系统构造如图2示。风光牌高压变频器为高-高电压源型形式，由移相变压器，功率单元和控制器组成。前端由一个多绕组的隔离移相变压器供电，变压器次级共有15组付边绕组，采用30脉冲整流。功率单元每相采用低压功率单元串接组成，每相5个功率单元，三相共15个单元。控制器局部以高速微处理器实现控制以及与子微处理器间进展通讯。风光高压变频器采用模块化设计，互换性好、维修简单，噪音低，谐波含量小，不会引起电机的转矩脉动，对电机没有特殊要求。2功率单元电路其电路构造如图3示，为根本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为六支二极管实现三相全波整流。逆变侧通过对IGBT逆变桥进展正弦PWM控制实现逆变。假设一单元发生故障，该单元的输出端能自动旁路，不影响整机的连续运行。每个功率单元完全一样，可以互换，这不但调试、维修方便，而且备份也特别经济。3输入侧构造输入侧由移相变压器给每个功率单元供电，每个功率单元都承受额定电机电流、1/5的相电压、1/15的输出功率。15个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间互相绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1，输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于3%。4输出侧构造输出侧由每个单元的两个输出端子互相串接而成，三相星型接法输出给电机供电。通过对每个单元的SPWM波形进展重组，可得到如图4所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。变频器输出的相电压阶梯PWM波形图5控制器控制器核心由高速DSP运算来实现，精心设计的算法可以保证电机到达最优的运行性能。人机界面提供友好的全中文监控和操纵界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操纵信号和状态信号的协调，增强了系统的灵敏性。控制器及各控制单元板中采用DSP和FPGA等大规模集成电路和外表焊接技术，系统具有极高的可靠性。控制器与功率单元之间采用多通道光纤通讯技术，低压局部和高压局部实现真正意义的电气隔离，系统具有极高的平安性和可靠性，同时具有很好的抗电磁干扰才能。并且各个功率单元的控制电源采用一个独立于高压系统的统一控制器，方便调试、维修、现场培训，增强了系统的可靠性。3.2高压变频用具有的特殊功能在矿井主扇风机变频调速经过中，高压变频器除知足通用技术标准外，还有知足风机类机械设备运行的特殊功能。1飞车启动功能矿井主扇风机在静止状态时，变频器可以在设定的启动频率下加载到电机，一直加速到设定上限频率为止。而在实际经过中，主扇风机需要在一定的时间内启动完毕，主扇风机不是在静止状态下启动比方受漏风影响自转、人为停风机后需要在一定转速下再次启动等，而是要在一定转速下启动，假如在一定转速下加载静止启动频率，变频器假如没有飞车启动功能的话，就要过流跳闸。因此变频器必须具有跟踪电机实时转速并调节加载频率的功能。高压变频器“飞车启动是在电机定子与变频器或者工频电网都脱离时，电机定子“无源,电机转子处于转动状态，但转速随机不确知情况下，将高压变频器接入电机定子，使电机定子从“无源到“有源，电机定子旋转磁场从无到有，最后电机定子旋转磁场拖动电机转子进入正常驱动的经过。由电机原理知，当电机定子旋转磁场速度与电机转子速度相差较大即转差较大时，会产生很大的电流而电磁转矩却不大，例如电机在工频下全压直接起动时，电机定子电流会到达额定值的57倍。而高压变频器容量一般不可能按电机电流额定值的57倍选配。假如高压变频器“飞车启动时输出频率较高50Hz，而电机转子速度很慢时就与此类似，必过流跳闸。反之假如高压变频器“飞车启动时输出频率较低，定子旋转磁场速度低于电机转子速度，此时电机为发电状态，电机转子将向定子側反送能量给变频器电容充电，使变频器因电容电压泵升过压而跳闸。因此，高压变频器“飞车启动是否成功的关键是输出和转子速度频率一样的频率。而电机转子频率是随机的，为此必须进展电机转子频率的搜索,即“飞车启动开场先搜索电机转子频率，搜索到电机转子频率后，变频器再按搜索到的转子频率作为输出频率。这样，既不会出现过流也不会出现电容电压泵升过压的现象。现场调试结果说明飞车启动功能平安可靠，启动顺利。变频器在54Hz下降进入搜频时间，频率下降到1013Hz之间电机就能直接在此频率上启动，启动电流小，转速稳定。2星点漂移功能高压变频器有大量的功率单元，每一个功率单元都有故障的可能，当其中一个单元发生故障时，单元可暂时旁路而降额运行，但损坏单元的这一相势必电压降低，与其他两相电压不平衡，造成电机端电流不平衡，不能长期运行。假如其他两相对应的功率单元也进展旁路，固然知足了电压平衡，但是，变频器输出功率降低过多，不能知足矿井主扇风机的可靠运行。因此，矿井主扇风机变频器必须具有星点漂移功能。在主扇风机变频器设计经过中，系统采用了星点漂移方案。在正常情况下，变频器三相输出a、b、c平衡，中性点即星点。当a相有一个单元故障时，系统那么把星点进展移位处理，b相和c项进展运算，矢量和的输出与a相相一致，保证变频器输出功率降低的程度最小，保持变频器最大限度的输出电压。当出现2个或者3个单元故障时，系统同样进展相关运算使其一致，进步了系统工作的可靠性。3.3变频与工频主回路方案设计矿井主扇风机一用一备，具有倒机、反转等操纵要求，时刻具备一台风机处于连续运行状态，停机时间严禁超过10min时间。在变频调速经过中，假如变频器故障跳闸，那么运行风机还具有自动切换到工频电源运行的功能。因此，矿井主扇风机投入变频控制器后，电气主回路设计如图5。1电气主回路主要元器件讲明在电气主回路图中，ZJC和FJC为工频状况下主扇风机正反转接触器，实现两路高压互相切换；ZJC和FJC为工频状况下主扇风机正反转接触器，两者实现电气和机械闭锁；BJC为高压变频器馈电接触器；XJC为隔离接触器，主要防止风机变频运行时，ZJC和FJC真空管断口间隙过小时，高压侵入变频器功率单元击穿IGBT；BJCC1和BJCC2为变频运行接触器，六极断口，每2个断口串接构成一相回路，主要防止风机工频运行时BJC单断口间隙过小，高压侵入变频器功率单元；JC1和JC2为转子频敏电抗器切除接触器。2套风机选用2套高压变频器分别控制，一用一备，设计一拖一方案。2工频运行电气方案主扇风机需要在工频状况下运行时，BJC、BJCC1、BJCC2断开，ZJC或者FJC和XJC接通，1#或者2#风机得电启动，JC1和JC2根据调定启动时间，分一级、二级2次切除转子频敏电抗器，完成风机启动经过。3变频运行电气方案主扇风机需要在变频状况下运行时，ZJC、FJC和XJC断开，BJC、BJCC1或者BJCC2接通，同时JC1接通，1#或者2#风机加载变频在设定频率下启动，在加载设定时间内加速设定上限频率，完成风机启动经过。4变频故障自动切换方案当主扇风机变频运行时，为防止变频器故障造成长时间停机现象的发生，系统设计变频、工频自动切换方案。当变频器故障跳闸后，BJC、BJCC1或者BJCC2断开，ZJC反风时FJC、XJC自动接通，JC1闭合，自动短接转子频敏电抗器，系统加载工频电源在当前运行风机，风机电机在当前转速下直接再次启动，缩小停机时间，实现不停机变频、工频电源回路切换，保证矿井透风连续性。4变频改造运行效果主扇风机变频改造后，高压变频器2021年2月一次投运成功，至今运行正常，改造到达了预期目的。总的来讲，变频改造后有以下优点：1节电效果显著。改造前南翼风井风机运行效率低于50%，采用高压变频调速装置后，风机效率进步到78以上，经测算年节电65万kW·h以上。2投入变频器后风机进风闸门全部翻开，变频器根据消费需要设定频率，调节电动机的转速，实现风机的转速自动控制。3减少了对电网的冲击。当电机通过工频直接启动时，它将会产生47倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，进而降低电机的寿命。而采用变频后，电机实现了软启动，可以在零速零电压启动当然可以适当加转矩提升，直到到达工作电流为止，对电网几乎没有冲击。4维护量减少。采用变频调速后，由于启动平稳，低速运行，风机的振动、噪音和温度明显降低，相应地延长了很多零部件，十分是密封、轴承的寿命。有效延长了检修周期，减少了检修维护量，节约大量维护费用。5变频用具有多项保护功能，特别完善。与原来旧系统相比拟，变频用具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升保护等多项保护功能，更准确地保护了电机。5完毕语云南东源煤电股份有限公司一平浪煤矿南翼风井应用变频调速控制后，不仅知足了透风平安要求，而且获得了可观的经济效益。目前，我国煤矿大量主扇风机才能富裕、长期低效运行，造成大量电能的浪费。沟通变频调速器，以适用性强、可靠性高、操纵使用方便、高效节能等性能，受到广阔用户的欢送。作者简介管宪忠男机电工程师，供职于云南东源煤电股份有限公司一平浪煤矿。田利润男技术支持工程师，供职于山东新风光电子科技开展有限公司。地址：山东省汶上经济开发区：272500文章联络人：郭培彬：0537-72370070