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1引言

大同煤礦集團有限責任公司（同煤集團），是中華人民共和國第三大煤礦國有企業(yè)，公司總部位于中國煤炭重地山西省大同市，擁有煤田面積6157平方公里，總儲量892億噸。焦家寨井田位于山西寧武煤田東北部，地處山西省原平市境內，軒崗礦區南西，始建于1958年7月，礦井核定生產(chǎn)能力為150萬(wàn)t/a。礦井通風(fēng)方式為混合式。開(kāi)拓方式為單水平開(kāi)拓，通風(fēng)方法為機械抽出式，主立井、副立井進(jìn)風(fēng)，1#斜井和2#斜井回風(fēng)。

1#斜井風(fēng)機通風(fēng)機房安設兩臺型號為FBDZ-10№28的軸流式通風(fēng)機，電機額定功率為2×450kW，一臺運行，一臺備用。2#斜井風(fēng)機通風(fēng)機房通風(fēng)機原來(lái)使用2臺對旋風(fēng)機，采用一用一備，電機功率為450kW，轉速740r／min，電壓為6000V，原風(fēng)機為八十年代中期安裝使用，磨損嚴重，漏風(fēng)嚴重，維護量大，影響了煤礦通風(fēng)安全。為了實(shí)現礦用通風(fēng)機經(jīng)濟運行，焦家寨煤礦領(lǐng)導在2013年煤礦技改項目中，采用2臺FBCDZ№34的軸流式通風(fēng)機更換2#斜井原有通風(fēng)設備。兩臺風(fēng)機采取一臺運行，一臺備用。
風(fēng)機銘牌參數為：
風(fēng)機型號：FBCDZ№34
風(fēng)量：160～320m3/s
風(fēng)壓：4750～1700Pa
功率：2×800kW
風(fēng)機轉速：595r/min
電機型號：YBF710M1-10
額定電壓：6000V
額定電流：100A
轉速：595r/min

2#斜井風(fēng)機服務(wù)于521采區，風(fēng)機負壓3610Pa，風(fēng)量8425 m3/min 。通風(fēng)系統阻力為3065Pa。風(fēng)機（521區）主測路線(xiàn)通風(fēng)系統風(fēng)阻為0.1957 N·S2/M8。礦井綜合等積孔為5.13m2。該礦通風(fēng)難易程度屬于容易。通風(fēng)系統自然風(fēng)壓hn2#為48.0Pa。
2 礦用通風(fēng)機風(fēng)機變頻調速節能研究

礦井通風(fēng)設計過(guò)程中，有些時(shí)候很難計算管網(wǎng)的阻力，通常總是把系統的最大風(fēng)量和風(fēng)壓裕度作為選型的依據，但風(fēng)機的型號和系列是有限的，往往選取不到合適的風(fēng)機型號時(shí)就往上靠，一般裕度大于20%～30%。因此這些風(fēng)機運行時(shí)，首先調節風(fēng)機風(fēng)葉到合適角度，如果風(fēng)機風(fēng)量不滿(mǎn)足礦井通風(fēng)要求，再調節風(fēng)門(mén)或風(fēng)道擋板的開(kāi)度來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝對風(fēng)量的要求。風(fēng)機機械特性為平方轉矩特性，風(fēng)機運行時(shí)，靠調節風(fēng)門(mén)或者風(fēng)道擋板的開(kāi)度來(lái)調節風(fēng)機風(fēng)量的方法，稱(chēng)為節流調節。在節流調節過(guò)程中，風(fēng)機固有特性不變，僅僅靠關(guān)小風(fēng)門(mén)或擋板的開(kāi)度，人為地增加管路的阻力，由此增大管路系統的損失，不利于風(fēng)機的節能運行。采用變頻調速控制裝置，通過(guò)改變風(fēng)機的轉速，從而改變風(fēng)機風(fēng)量以適應生產(chǎn)工藝的需要。風(fēng)機以調速控制方式運行能耗較省，綜合效益較高。交流電機的調速方式有多種，變頻調速是較佳調速方案，它可以實(shí)現風(fēng)機的無(wú)級調速，并可方便地組成閉環(huán)控制系統，實(shí)現恒壓或恒流量的控制。
3風(fēng)光牌JD-BP37-1000F 高壓變頻器技術(shù)參數

山東新風(fēng)光電子公司是國家高新技術(shù)企業(yè)，高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEEE519-1992的諧波標準，輸入功率因數高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。
JD-BP37-1000F 高壓變頻器技術(shù)參數如表1所示。

4改造主回路控制方案

風(fēng)光高壓變頻調速系統由一次回路進(jìn)線(xiàn)柜（旁路柜）、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護過(guò)程中或變頻器出現故障時(shí)，將電機投入到工頻電網(wǎng)運行，保證生產(chǎn)不受影響。變頻運行時(shí)，變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖1所示。

圖1 旁路柜一次回路圖

DL：用戶(hù)高壓斷路器
K1、K2、K3：高壓變頻器內置高壓隔離開(kāi)關(guān)
BPQ：JD-BP37-1000F高壓變頻器
D：800kW/6kV異步電動(dòng)機

圖1手動(dòng)旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動(dòng)機構，實(shí)現電磁互鎖。當K1、K2閉合，K3斷開(kāi)時(shí)，電機變頻運行；當K1、K2斷開(kāi)，K3閉合時(shí)，電機工頻運行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護和調試。

旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖， DL合閘時(shí)，絕對不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻輸出隔離開(kāi)關(guān)，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。現場(chǎng)高壓變頻器運行如圖2所示。2#斜井主扇風(fēng)機監測系統如圖3所示。
 
 
圖2 高壓變頻器運行照片
 
圖3  2#斜井主扇風(fēng)機監測系統

5  2#斜井主通風(fēng)機操作規程
5.1運行操作
5.1.1開(kāi)機前運行檢查
1、內部檢查：風(fēng)機內部檢查需經(jīng)帶班司機同意后，方可進(jìn)入。檢查完畢，全部人員撤出，經(jīng)核查，無(wú)遺漏人員和物品，方可關(guān)閉檢查門(mén)。
2、電器設備檢查
（1）高壓開(kāi)關(guān)柜各部螺絲接線(xiàn)緊固，無(wú)變色和冒火痕跡，手車(chē)操作靈活，閉鎖動(dòng)作可靠，各種保護動(dòng)作準確無(wú)誤。
（2）變壓器接線(xiàn)緊固，不超溫。
（3）低壓配電柜操作手柄操作靈活，接線(xiàn)螺絲完整齊全，無(wú)變色及冒火痕跡，各儀表及指示燈指示準確。
（4）電氣設備接地正常、可靠。
（5）變頻器內各部螺絲緊固、齊全、無(wú)變色。
（6）各繼電器整定值合理、動(dòng)作可靠，儀表指示準確。
（7）溫度巡檢儀及溫度報警裝置性能穩定、工作可靠。
5.1.2啟動(dòng)操作（以啟動(dòng)1#風(fēng)機為例）
1、先把1#風(fēng)機蝶形門(mén)打開(kāi)，把2#風(fēng)機蝶形門(mén)關(guān)閉；
2、先接通1、2號變頻器的控制電源(合控制柜小型斷路器QF1,合UPS開(kāi)關(guān))；
3、將旁路選擇撥到“手動(dòng)”位置；
4、變頻運行時(shí),先關(guān)閉所有柜門(mén)，置“分斷”檔，合K2，合K1(隔離開(kāi)關(guān)的操作方法：按住電磁鎖的紅色按鈕，電磁鎖發(fā)出震動(dòng)聲，指示燈亮，說(shuō)明可以操作，將鎖栓拉出，然后再操作隔離開(kāi)關(guān))，然后置“工作”檔，再將對應高壓柜合上(先將斷路器手車(chē)搖至工作位置,然后合斷路器,合閘指示燈亮,電壓顯示正常),變頻器柜高壓帶電顯示裝置的三相指示燈亮，變頻器處于就緒狀態(tài)。
5、根據需要,將變頻柜門(mén)選擇開(kāi)關(guān)撥到“本控”或是“遠控”位置；
⑴本控操作
變頻柜門(mén)上的旋鈕撥到“本控”,兩名司機分別站在相對應的一和二變頻器柜前同時(shí)撥動(dòng)一、二變頻器上的旋鈕撥到正轉位置，一、二級電機啟動(dòng)，運行到設定頻率時(shí)，兩級電機的輸出電流在100A以?xún)龋f(shuō)明1#風(fēng)機已啟動(dòng)。
⑵遠控操作
①將變頻柜門(mén)上的旋鈕撥到“遠控”,然后司機到電腦上進(jìn)入操作畫(huà)面,點(diǎn)擊上位機控制,再點(diǎn)啟動(dòng)1#風(fēng)機的1級、2級電機,風(fēng)機啟動(dòng)。
②直接到電腦上進(jìn)入操作畫(huà)面,點(diǎn)上位機控制,待操作由本控變?yōu)榧貢r(shí),點(diǎn)擊啟動(dòng)1#風(fēng)機的1級、2級電機,風(fēng)機啟動(dòng)。
5.1.3停機步驟
1、同時(shí)將1、2號變頻柜門(mén)上的旋鈕撥“停止”位置，待頻率降為0Hz；
2、停相對應的高壓開(kāi)關(guān)柜，分閘指示燈亮；
3、停UPS,停QF1。
5.2倒機步驟（以停1#機倒為2#機例）
1、待1#機停穩后，關(guān)閉1#機的蝶閥，開(kāi)啟2#機的蝶閥；
2、啟動(dòng)2#風(fēng)機，步驟和1#風(fēng)機相同。
5.3主通風(fēng)機運轉中的檢查
1、每小時(shí)檢查一次風(fēng)量、負壓、電動(dòng)機電流、電壓，變頻器的電流、電壓、頻率及各部溫度等并將檢查結果填入記錄本內。
2、每小時(shí)巡回檢查一次電氣設備、風(fēng)機的振動(dòng)情況等。
5.4發(fā)生下列情況之一時(shí)，主通風(fēng)機司機應立即進(jìn)行倒機并報告隊領(lǐng)導和調度室，要求派人檢查處理。
1、軸承溫度，電機溫度出現超溫報警。
2、變壓器出現超溫等報警。
3、變頻器報故障。
4、任何部位發(fā)生異響又無(wú)法排除（風(fēng)機內出現異響或嚴重振動(dòng)）。
5、電機電流或電壓超過(guò)允許值。
6、上位機上風(fēng)量、負壓等數值有異常變化。
5.5其他安全注意事項
1、主通風(fēng)機因事故或其它原因全部停止運轉時(shí)，必須打開(kāi)防爆門(mén)，實(shí)行自然通風(fēng)；再次啟動(dòng)風(fēng)機時(shí)必須待風(fēng)機停穩后，方可再次啟動(dòng)；
2、主通風(fēng)機運轉中，嚴禁打開(kāi)各檢查門(mén)、孔，防止意外事故；
3、嚴禁高壓電未斷的時(shí)候，切斷變頻器的控制電源。
6現場(chǎng)應用情況

焦家寨煤礦通風(fēng)機選用JD-BP37-1000F風(fēng)光變頻器4套，于2013年7月2日變頻器一次性投運成功，至今運行正常。變頻運行后，風(fēng)門(mén)全部打開(kāi)，用戶(hù)根據所需風(fēng)量風(fēng)壓實(shí)時(shí)調節變頻器頻率，進(jìn)而調節通風(fēng)機運行工況。不僅完全滿(mǎn)足煤礦生產(chǎn)工藝要求，而且用戶(hù)操作非常方便。現場(chǎng)調試中發(fā)現，1#風(fēng)機的前后兩級電機采用高壓變頻器分別獨立控制，可以有效避免喘振現象。現場(chǎng)測試1#風(fēng)機有關(guān)數據如下。一級電機運行參數，運行頻率：43Hz，變頻輸入電流：40.3A，輸入電壓：6.22kV，輸出電壓：5.35kV，輸出電流：75.3A；二級電機運行參數，運行頻率：39Hz，變頻輸入電流：45.3A，輸入電壓：6.31kV，輸出電壓：4.92kV，輸出電流：76.5A。人機界面現場(chǎng)照片如圖4所示。

 
 
圖4 高壓變頻器人機界面現場(chǎng)照片

概括來(lái)說(shuō)，通風(fēng)機采用高壓變頻器有以下效果：
（1）變頻起動(dòng)對電網(wǎng)沒(méi)有任何沖擊。由于變頻器改造后風(fēng)機可以實(shí)現變頻軟起動(dòng)，避免了起動(dòng)電流的沖擊。
（2）按需調節風(fēng)量，避免浪費。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機的送風(fēng)量不再需要由風(fēng)門(mén)來(lái)調節，而是由變頻器通過(guò)變頻調節風(fēng)機的轉速來(lái)實(shí)現，調節范圍可以從0%～100%；因而可以根據井下生產(chǎn)需要隨意調節風(fēng)量，減少了不必要的浪費。經(jīng)現場(chǎng)測試數據計算，風(fēng)機變頻運行時(shí)比工頻運行相比，節電率高達46.4%。
（3）降低風(fēng)機工作強度，延長(cháng)使用壽命。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機的大部分工作時(shí)間都在較低的速度下運行，潤滑條件改善，因而大大降低了風(fēng)機工作的機械強度和磨損，將會(huì )大大延長(cháng)風(fēng)機的使用壽命。
（4）保證了風(fēng)機安全運行，避免了風(fēng)機前后級電機的喘振現象。在調試中，發(fā)現當前后級電機在40Hz左右運行時(shí)，風(fēng)機前、后級電機波動(dòng)較大，當風(fēng)機一級電機運行頻率43Hz，二級電機運行頻率39Hz，可以滿(mǎn)足礦井通風(fēng)要求，風(fēng)機運行平穩。
（5）監控界面全為純中文操作，操作簡(jiǎn)單，使用方便。
7結束語(yǔ)
      大同煤礦集團焦家寨礦通風(fēng)機經(jīng)過(guò)變頻改造之后,不僅達到了良好的節能效果,并且使整套通風(fēng)系統的穩定性提高了一個(gè)大臺階。隨著(zhù)國家對節能減排工作的越來(lái)越重視，煤礦企業(yè)通過(guò)各種措施降低生產(chǎn)成本，其中變頻技術(shù)起到了關(guān)鍵作用。