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    摘  要：介紹了礦井主通風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置的關(guān)鍵技術(shù)研究，以及在海孜礦中央風(fēng)井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。

    關(guān)鍵詞：主通風(fēng)機(jī)；對(duì)旋式；高壓變頻；

　　一、概述

　　礦井主通風(fēng)機(jī)用于向井下提供新鮮風(fēng)流、排除污濁空氣和有害氣體，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)影響重大。礦井主通風(fēng)機(jī)全年不停地運(yùn)行，其電耗量較大，平均電耗約占礦井電耗的15％。近年來(lái)，我國(guó)礦井多采用對(duì)旋式通風(fēng)機(jī)，該類型風(fēng)機(jī)采用交流隔爆異步電機(jī)雙電機(jī)拖動(dòng)。該類型風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是根據(jù)風(fēng)量所需的多少，靠調(diào)節(jié)葉片角度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種調(diào)節(jié)必須在風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)才能進(jìn)行，只適合較長(zhǎng)階段的風(fēng)量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)起來(lái)也不方便，可調(diào)范圍也不大（一般一度為一單位），電機(jī)全速運(yùn)行，節(jié)電不明顯。另一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)比較變頻調(diào)速的方法是異步電機(jī)最有發(fā)展前途的調(diào)速方法。
　　
　　淮北礦業(yè)集團(tuán)公司海孜礦中央風(fēng)井配置兩臺(tái)BD-II-8-№26型對(duì)旋風(fēng)機(jī)，一用一備，每臺(tái)風(fēng)機(jī)配置兩臺(tái)450kW、6kV防爆型鼠籠電機(jī)。因礦井通風(fēng)系統(tǒng)變化，目前雖然風(fēng)機(jī)葉片角度已調(diào)到最小，并使用風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)風(fēng)量。這樣造成風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率低下，電能浪費(fèi)驚人，運(yùn)行狀況差，增加了維修工作量。

　　如果采用高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)，由于兩個(gè)電機(jī)的參數(shù)一樣，可以由一臺(tái)1000kW容量的高壓變頻器控制兩臺(tái)電機(jī)，開(kāi)環(huán)定速運(yùn)行，風(fēng)量風(fēng)壓控制在滿足礦井的需要，能大大降低能耗，減少維修工作量。2006年9月，淮北礦業(yè)集團(tuán)公司與北京合康億盛公司合作研制的主通風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置在海孜礦中央風(fēng)井投入運(yùn)行，效果良好。

　　二、利用高壓變頻器的優(yōu)勢(shì)

　　用高壓變頻調(diào)速裝置對(duì)風(fēng)機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)供電，通過(guò)改變頻率，調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用降速的辦法來(lái)降低風(fēng)量，直至滿足礦井需要。用一套高壓變頻調(diào)速裝置，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)，可以分別拖動(dòng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，具有一拖二功能。如高壓變頻調(diào)速裝置出現(xiàn)故障，發(fā)出報(bào)警，可切換到工頻運(yùn)行，保證風(fēng)機(jī)不停風(fēng)，不影響礦井通風(fēng)。高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平方式，諧波成分小，功率因數(shù)高。 

　　通過(guò)高壓變頻調(diào)速裝置，風(fēng)機(jī)可以根據(jù)礦井通風(fēng)需要隨時(shí)調(diào)速運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)始終運(yùn)行在高效區(qū)。采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過(guò)程控制，安全可靠，維護(hù)量小。國(guó)產(chǎn)高壓變頻調(diào)速技術(shù)在礦井大功率通風(fēng)機(jī)上的首次應(yīng)用，具有其應(yīng)用的特殊性，通風(fēng)機(jī)停機(jī)10分鐘即為重大事故，因此對(duì)變頻器的可靠性及系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)要求很高。海孜礦中央風(fēng)井是對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)，起動(dòng)力矩大，采用低速補(bǔ)償方式，使變頻器在低速時(shí)具有良好的轉(zhuǎn)矩輸出特性。通風(fēng)機(jī)為一用一備，為了節(jié)省投資，采用切換柜使變頻器能在兩臺(tái)風(fēng)機(jī)之間切換，實(shí)現(xiàn)一拖二功能。變頻器與計(jì)算機(jī)之間的通訊，采用RS485隔離端口MODBUS RTU 通訊規(guī)約，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)變頻器的監(jiān)視和控制。圖一是風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)圖。

　　三、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理

　　1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　HIVERT系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開(kāi)關(guān)元件為IGBT。由于IGBT耐壓所限，無(wú)法直接逆變輸出6kV，而因開(kāi)關(guān)頻率高、均壓難度大等技術(shù)難題無(wú)法完成直接串聯(lián)。HIVERT變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性。它對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)。

　　2、功率單元

    功率單元原理見(jiàn)圖3，輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。

　　四、變頻改造實(shí)現(xiàn)的效果：

    1、節(jié)電效果顯著。改造前海孜礦中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低，在45％以下，采用高壓變頻調(diào)速裝置后，風(fēng)機(jī)效率提高到78％以上，年節(jié)電92萬(wàn)KWh。

    2、變頻器根據(jù)設(shè)定頻率調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制，投入變頻器后風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)閘門(mén)全部打開(kāi)，還可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。

    3、減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流不超過(guò)額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊，延長(zhǎng)了電機(jī)及風(fēng)機(jī)的使用壽命。

    4、維護(hù)量減少。采用變頻調(diào)速后，由于啟動(dòng)平穩(wěn)，低速運(yùn)行，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)、噪音和溫度明顯降低，相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多零部件，特別是密封、軸承的壽命。有效延長(zhǎng)了檢修周期，減少了檢修維護(hù)量，節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用。

　　五、結(jié)論

    本項(xiàng)目研究成果適用于礦井軸流式（含對(duì)旋式）、離心式主扇風(fēng)機(jī)。目前，我國(guó)煤礦大量主扇風(fēng)機(jī)能力富裕、長(zhǎng)期低效運(yùn)行。為調(diào)整風(fēng)量，采用減小進(jìn)風(fēng)閘門(mén)開(kāi)啟高度、改變?nèi)~片角度等方法，造成大量電能的浪費(fèi)。通過(guò)主扇風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速運(yùn)行，既能方便改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)，又能提高主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率、運(yùn)行穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度，節(jié)約大量電能。將單元裝置的IGBT等功率元件增大后，最大可滿足4000KW功率要求。