变频驱动煤矿主通风机自动化系统.docx

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1、变频驱动煤矿主通风机自动化系统网络转载导语：本文通过介绍某煤矿变频驱动主通风机自动化系统的组成及方案施行，指出煤矿主通风机采用变频驱动不仅可以长期平安可靠运行，而且能为企业带来良好的社会经济效益。摘要：本文通过介绍某煤矿变频驱动主通风机自动化系统的组成及方案施行，指出煤矿主通风机采用变频驱动不仅可以长期平安可靠运行，而且能为企业带来良好的社会经济效益。1概述煤炭工业堪称我国第一能源工业,既是产能大户,又是耗能大户,同时也是节能潜力大户，煤矿主通风机也是煤矿消费的耗电大户。煤矿通风机节能技术措施多种多样，目前国内采用的风机调节方式主要有三类：通风网路调阻、通风机构造调整及调速节能。而采用调频调速

2、的变频技术对现有用电设备进展节能改造，是解决我国煤炭工业高消耗、低效益的根本措施。煤矿开采遵循以风定产的要求，有多大的风量就允许有多大的开采量，风量随煤的产量的增加而增加。在采煤作业中瓦斯随着煤的开采不断地涌出，涌出瓦斯与煤的开采量呈正比，而保障每个煤矿工人正常工作所需的新颖空气也与煤的开采量呈正比。在实际的能源开采中，会随着消费周期的延长而扩大开采范围、加深开采深度，故对风量的需求也会有一定的变动。另一方面，随着年复一年的矿井消费，其消费才能也会减弱，此阶段矿井对风量的需求那么会越来越小。由此可见，煤矿消费经过中对于通风量需求的变化就为消费节能提供了非常有利的条件。2煤矿通风系统介绍矿井通风

3、系统的主要功能就是赶出或是通过通风稀释矿井下由于能源开采产生的有害气体和粉尘，以保证工作人员可以有安康的工作环境。此外，通风系统还可以调节煤矿井下的温度，实在改善井下工作环境，由此可以保障煤矿工人身心安康，和采煤设备的正常运转，如图1所示。通风系统有三种形式。一般根据矿井的深浅、矿井周边地理情况及开采能源自燃情况严重与否等，采取抽出式、压入式或者抽压混合式通风系统中的一种。通风系统由通风网络和通风动力设备和相关的控制设施组成。风流由进风井进入井下，有害的气体随气流由回风井排出，进而保证井下作业的平安。煤矿通风网络是由进风井、回风井和井下纵横交织的巷道构成的一个复杂系统，井下通风系统的网络构造随

4、着消费经过的推进而不断发生变化。随着煤矿井下开采工作的进展，采区会有与准备、投产、完毕、接替相关的工作变化，采掘工作面也会出现不断推进、收缩和接替的工作进程，另外煤矿井下巷道的开拓延伸和通风构筑物的变化等诸类工程都会引起通风系统的网络构造发生不同的变化，这样也就难免会影响了煤矿井下通风参数，如风量分配、瓦斯浓度等详细参数将会发生变化如图1所示。一般地，矿井装备两台主通风机，其中一用一备。通风机有单电动机通风机和双电动机通风机两种，单电动机通风机只有一组风叶，由一台电动机驱动。主通风机的形式采用较多的包括离心风机、对旋风机、轴流风机三种。其中，对旋风机为双电动机通风机，其每台通风机含两台电动机，

5、两台通风机共四台电动机，其构造示意图如图2所示。在煤矿消费中，所需风量风压在不同阶段有不同的要求，为知足消费要求，煤矿风机通常采用以下几种方法调节：1闸门调节；2改变通风机转速；3改变通风机叶片角度；上述方案中以闸门调节效率最差，它是人为的改变阻力曲线，增加风阻，越调节性能就越恶化；改变通风机叶片角度，可改变风机的特性曲线，使风机在较大范围内以相对较高的效率运行，以到达节能降耗的目的；改变通风机转速，使其在最正确工况点运行，使风机在最大的范围内以最高的效率运行，节能效果最好。高压电机要实现调速，主要采用以下三种方式：1液力耦合器方式。作为液压调速方案，它的维护工作量较大，效率也较低。2串级调速

6、。因为采用绕线电机，滑环维护工作量大，属于落后技术。3高压变频器。随着高压变频器技术成熟，性价比越来越高，越来越多的场合开场采用高压变频器。3系统方案本文要介绍的某大型煤矿主扇风机为两台对旋轴流风机，型号：FBCDZ-8-NO28，额定转速740rpm；每台风机配用电机功率：2630KW，电机电压：10KVAC,额定转速740rpm；总回风量：11500m3/min，总进风量：11200m3/min，因为巷道延伸或者工作面布置的关系，用风量可能实时变化。作为煤矿平安消费最为关键、重要的设备之一，主扇风机选用西门子完美无谐波系列高压变频器作为它的驱动系统。3.1设备组成该矿变频驱动主通风机自动化

7、控制系统设备组成情况如下：风机：对旋风机2台电机：防爆4台箱式风门：和风机对应2套液压站：和风机对应2套高压配电系统切换柜变频器：完美无谐波变频器4套低压配电系统直流屏UPS柜PLC柜控制台监控计算机相关传感器变频驱动主通风机自动化及流拓扑构造图如图3所示。3.2主回路该工程两台主通风机采用对旋式风机，风机为双风扇双电机构造，共四台电机。变频器采用西门子完美无谐波系列高压变频器共4套，变频器输入电压10000VAC，输出电压0-10000VAC，输出电流70A，功率800KW。系统的供电电源分为动力供电和控制系统供电两局部。动力供电来自不同的动力开关柜，两路电源引自不同的母线段，保证动力供电的

8、可靠性。变频器与电机的回路设计上增加一台切换柜，当某台变频故障时，可以采用其他备用回路的变频临时驱动，当该变频检修完成再按照原来回路正常投入使用如图4所示。3.3控制系统为了增强系统可靠性，本工程采用西门子S7-412H冗余控制器作为主控制器，采用PROFIBUS-DP通讯方式与高压变频器通讯。控制电源一路由动力开关柜内的降压变压器获得，作为主供，另一路由不连续电源UPS提供作为备用。该PLC系统与上位机操作站、现场传感器、变频器和其他设备一起组成风机自动化监控系统，完成如下功能：1远程操控功能上位机操作站操作员通过鼠标点击操作，控制风机系统的远程起停、切换和反风操作，系统按照各设备的连锁关系

9、顺序自动运行。2主机与辅机联动、自动控制功能风机可与风门等辅助设备自动联锁控制，实现自动停车、风机自动切换。采用自动控制可使风机切换时间由人工控制的10分钟降低到3分钟，大大进步井下供风的可靠性。3自动反风功能根据操作规程，可实现自动反风操作。4在线监测显示功能在线监测风机运行参数并分析和报警。如出现重大事故，可自动启用备用风机。一方面对设备的运行状态和运行参数进展监测，另一方面是对于通风运行参数如风量、风压、瓦斯浓度、风流温度等的监测，并将参数上传至监控计算机，和煤矿消费调度系统相接。5其他如报表、打印、存储等功能4工程中的要点难点分析4.1关于系统的可靠性问题煤矿主要通风机的长期可靠稳定运

10、行以保证矿井足够的风量，是煤矿通风平安控制的关键一环。所以在风机变频系统的设计方面，考虑最多的就是怎样保证风机系统可靠运行。除上述在供电电源、主回路设计，和控制系统的设计方面考虑冗余功能外，变频设备本身的可靠性也必须非常高。西门子GH180完美无谐波变频系统在平安可靠方面具有非常好的设计优势：采用功率单元串联构造，功率单元模块化设计，采用IGBT、二极管等成熟可靠高的低压器件件，可靠性非常高具有功率单元旁路技术，旁路时间在250ms以内的自动旁路技术可以从物理上完全旁路掉故障功率单元，而且具有三相线电压平衡(中心点漂移)技术，允许每相有不同的功率单元数量在电源适应性方面，允许电网10%波动，电

11、源电压低至55%90%之间，仍可降容使用自动再启动功能，系统有瞬时停电电源恢复后的自动再启动功能，能很好地避开雷电或者其他负载变化所造成的电源瞬时波动现象旋转负载功能，允许变频器测定已经处于转动状态的电机的速度，凭此变频器可以输出与电机旋转频率一样频率的电压，使得变频器供电时对电机的冲击最小4.2风机切换操作按照有关的规定，煤矿每一年都要进展井下的反风演练，这样做就是为了保证灾害发生的时候，通风机可以迅速的进展反风操作，为煤矿井下提供充足的反风量。而变频器驱动电机的方案，可以很方便地实现反转。通过人机界面的操作使主通风机先减速到零，然后反转到负频率转速，这样既减少了人工操作的工作量和误操作几率

12、，又进步了反风平安性。此外，在煤矿实际消费经过中也不可防止地会出现矿井主通风机定期或者不定期地检修倒机和故障倒机操作，而过长的倒机时间是一般高瓦斯、高突矿井所不能承受的。变频驱动通风机自动化系统那么能非常方便地实现“一键式操作倒机和自动识别运行通风机故障的自动倒机功能，可以实现矿井主通风机的快速切换，将倒机时间由传统设备的10分钟缩短到13分钟左右。倒机操作能有效缩短时间的关键点就是风机的启停怎样与风门协同配合。操作经过简述如下：反风操作：调整1风机减速1风机降到50转/分后抱闸停车调整1风机使其开场反转启动风机到达额定转速风机进入正常反风工作状态。倒机操作：调整1风机减速1风机降到50转/分

13、后抱闸停车关闭1风门开动2风门风门开启1/3时启动2风机风机到达额定转速风机进入正常工作状态。4.3风速调控方案煤矿通风控制系统中使用的变频技术可以对风机的转动速度进展控制。通风机的出风口位置安装了风速与压力的传感器，根据两个传感器发出的信号对煤矿通道的详细通风情况做出判断。在风速不能到达通道的通风标准时，可以迅速地对通风机的运转速度实行调整，保证煤矿平安消费要求。通风机控制系统对于风速没有比拟严格的要求，风速的合格范围还是比拟大的，一般不需要频繁地对风速进展调控。另一方面，控制系统与瓦斯监测系统联网，当井下采煤工作面瓦斯突然涌出时，通过瓦斯监测系统自动调整变频器工作频率，进步主通风机转速，及

14、时冲淡瓦斯浓度，保证平安消费。4.4社会经济效益分析4.4.1软启动功能带来的经济效益众所周知，变频器具有良好的软启动功能。根据主通风机的电气参数确定最正确的S加速曲线，可以到达最正确的软启动效果，启动电流小，启动经过中的节电效果好。此外，软启动功能还保证机械系统冲击降到最低，降低维护维修本钱。4.4.2调速功能带来的社会经济效益目前各类型主通风机大都具有叶片可调的功能，但假如仅采用调整扇叶角度的方法，电机的转速仍然是额定转速，而矿井通风系统的工况点随着不同消费时期变化而变化。在转速不变的情况下，一台主通风机没有方法兼顾各个时期的工况，尤其在某些时期风机的工况点是在低效率区，此时仅靠调节扇叶角

15、度调整工况点能耗仍然较大。所以采用变频调速技术后，可以和调整叶片角度功能相互配合使用。按照井下所需风量和风压大小，预先调整通风机叶片处于最正确的角度，再根据主通风机特性曲线选定最正确工况点和主通风机转速，最后确定变频器的运行频率，这样可以到达最经济的运行工作点。因为我们知道，只要实际运行的频率低于50Hz的额定频率，就具有节能的优势，尤其是风机这类平方转矩负载。因为变频调速的采用，也减少了传统停机调节扇叶角度的次数，大大进步了矿井通风平安的系数。此外，通风机运转速度下降后，改善了设备运转部位的光滑条件，减少了传动装置的故障。4.4.3缩短倒机时间带来的社会经济效益煤矿主通风机倒机时间大大缩短，

16、就会大大减少因倒机期间通风中断、风流紊乱造成的瓦斯积聚、瓦斯超限现象，消除了平安隐患，进步了整个通风系统的平安可靠性，有效地保证了煤矿的平安消费，具有积极的社会效益；同时由于消除了风机倒机期间瓦斯超限的问题，也节省了原来因为瓦斯超限而必须进展瓦斯排放所浪费的时间及人力物力，可以实现节约创收的经济效益。5工程运行该系统在2020年底改造投入使用后，运行情况良好，系统可靠稳定。在多年的运行经过中，切换柜甚至从来没有使用过。按照当前该矿的消费情况，系统运行在41Hz，电机功率315KW，电流41A。图5所示为2#风机实时监控画面。6应用总结随着我国供应侧构造性改革的大力推进，过去那种超才能、超强度开

17、采、井下作业人数多而效率低下的消费方式会逐渐优化，对煤矿机械化、自动化程度的要求也会逐渐进步。在此背景下，煤矿通风系统进展变频驱动自动化改造也会成为一种现实的要求，而自动化程度的进步也会为煤矿的平安消费提供强有力的保障。上述案例中，变频驱动主通风机自动化控制系统主要实现了自动化运行、控制、报警等功能，我们还可以在此根底上进一步开发通风机故障预警专家系统，为煤矿平安消费保驾护航。利用自动化系统实时监测的包括风机风压、风量、转速、轴温、通风温湿度和三项振动和电机电参数、转速、轴温和三项振动等多种参数，进一步根据风机机械设备事故诊断原理，通过建立一定的数学模型，形成通风机故障预警监控系统，提早对潜在故障进展诊断分析预警，发现通风机损坏程度的细微变化，进而提出维修建议，不仅可防止通风机的方案外停机，还可进步通风机的利用率和矿井的消费效率。