主扇变频改造

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高压变频器在煤矿主扇风机的应用TheApplicationofHighVoltageInverterontheMulti-levelsCoalMineVentilatorinColliery山东新风光电子科技发展有限公司李方玉徐长海山东微山崔庄煤矿机电科高军鹤壁中泰矿业有限公司樊金志LiFangyuXuChanghaiGaoJunFanJinzhi摘要：本文介绍了风光牌高压变频在山东崔庄煤矿主扇风机上的应用情况，对节能效果进行了计算。关键词：高压变频器主扇应用Abstract:ThearticleintroducestheapplicationinstancesofFengguanghighinverteronthemulti-levelsCoalmineventilatorincuizhuangcolliery,andanalysesthepower-savingeffect.KeyWords:HighvoltageinverterThemulti-levelsCoalmineventilatorApplication1引言随着我国经济的发展,各行各业煤炭的需求量也越来越大,各大型煤炭企业纷纷开辟新的矿井来扩大规模,并且利用各种技术降低生产成本，因此变频器在煤炭行业的需求也就越来越大。主扇风机是煤矿通风系统中最重要的一部分，它可以说是每一个井下工作人员的呼吸要道，因此它也是煤矿安全生产中最重要的一个环节。长期以来，矿井主扇风机的功率都比较大，而且一天24小时不间断运行，矿井所需的风量都是通过调节风门挡板或叶片角度来实现，根据反风及开采后期运行工况要求，所设计的通风机及拖动的电动机的功率，通常远大于煤矿正常生产所需的运行功率。风机设计上余量特别大，在相当长的时间风机一直处在较轻负载下运行，因此，煤矿通风系统中存在着极为严重的大马拉小车现象，能源浪费非常突出。2现场简介 崔庄煤矿位于山东省济宁市微山县，其主扇风机担负着整个矿井的通风任务，要求安全稳定性极高，因为风机一旦停机，短时间内就将造成全矿无法正常生产，控制方式采用调节风门开度的大小来调整风量，这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门节流损失消耗掉了。不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗，从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下，针对这种情况，矿领导经过论证，最后决定选用山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP37系列的高压变频调速器，现场设备如图1所示：图1现场设备图3风光高压变频器的突出特点(1)采用高速DSP(TMS320F2812)作为中央处理器，运算速度更快，让控制更精准。系统升级更方便。(2)飞车启动功能：能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。(3)瞬间掉电再启动功能：运行过程中高压瞬时掉电三秒钟内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。(4)线电压自动均衡技术（采用中性点漂移技术）：变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。(5)单元内电解电容因采取了公司专利技术（专利号ZL200320107356.2），可以将其使用寿命提高一倍；高压提升机产品采用了更长寿命的电力电容。(6)运行过程中外部频率给定信号出现故障（短路或开路），整机维持故障前的运行频率不变，并能给出报警信号。(7)单元串联多重化结构，模块化设计。这样IGBT承受电压较低，可以有较宽的过压范围（≥1.15Ue），设备可靠性更高。(8)具有双路AC控制电源，一路为干式变压器变压以后的AC电源，一路为外部控制电源，这样在调试过程中，无需加入高压主电，就可以检测输出波形的正常与否。对于在现场安装调试以及人员培训很方便，同时也大大提高了培训和运行的安全性。 4现场技术参数    电动机参数如下表1所示：表1：功率400KW额定转子电压1365V电压6000V定子接线方式Y电流48A转子接线方式Y额定转速590转/分绝缘等级B风机类型：轴流风机。    设备布置采用抽出式通风方式，配备反风道反风，扇风机与电动机设于主机房内，主机房为双层工业厂房，风道为半地下式。吸风侧设两个立闸门，两个水平反风门，扩散器侧两个水平反风门，每个风门各用一台风门绞车进行操纵，风门绞车采用就地操作。    传动方式：直接传动。    调节方式：手动操作风门绞车控制立闸门 （改变管路阻力特性曲线）。5变频改造前存在的问题    (1)原工矿使用的为转子串电阻启动方式，启动不稳定，造成了大的机械冲击，导致电机寿命大大降低；    (2)转子串电阻启动时，控制系统复杂，故障率高，接触器、电阻器、绕线电机电刷容易损坏，维护工作量大；    (3)启动时电流过大，对电网冲击很大，影响电网的稳定性；    (4)主扇风机设计上余量大，主扇风机一直处在较轻负载下运行，由于采用档板调节，因此造成能源浪费，增加了生产成本；    (5)自动化程度低，影响整体系统安全性。6变频控制方案为了满足安全生产，选用一套6KV变频调速器，通过切换，可以在变频器故障状态下，切换到工频状态运行，其主回路如下图2所示： 图2主回路图QS1、QS2、QS3为三台高压隔离闸刀，QS1、QS3处于变频运行回路上，KM1、KM2为变频上电瞬间实现限流电阻切换时所用，K10为用户工、变频转换改造时加的一个转换开关。变频运行时，QS1、QS3闭合，QS2断开，K10打到变频位置；变频上电后，通过内部程序KM2会自动吸合将限流电阻引入主回路以消除大电流冲击，上电3S后，KM1吸合，KM2断开变频可以投入运行。工频运行时，QS1、QS3断开，QS2闭合，K10打到工频位置，实现原来的串电阻启动方式。这是高压变频器工变频手动切换的典型应用，QS1、QS2、QS3不能同时闭合，这三个闸刀在机械和电气上都实现了互锁。另外，为了安全，变频故障信号和上一级的高压开关柜也实现互锁，实现高压故障连跳功能。    风光高压变频器采用功率单元串联多电平结构，由控制柜、变压器柜、单元柜和开关柜组成。每个功率单元结构上完全一致，可以互换，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，其电路结构见下图3所示，图3功率单元主回路    高质量电源输入：输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源对于6KV而言相当于30脉冲不可控整流输入，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足IEEE 519-1992和GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》对谐波含量最严格要求，无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰。正常调速范围内功率因数大于0.96。无需功率因数补偿电容，减少无功输入，降低供电容量。    完美的输出性能：单元脉宽调制叠波输出， 6KV系列每相5个单元，大大削弱了输出谐波含量，输出波形几近完美的正弦波，其输出波形如下图4所示：图4变频器输出波形7现场应用情况 崔庄矿选用型号JD-BP37-400F风光变频器，于2008年10月20日开始安装调试，2008年10月25日一次性投运成功。变频运行后，风门全部打开，运行频率43Hz，运行电流24A，负压1700Pa,不仅完全满足煤矿生产工艺要求,而且用户操作非常方便。变频器运行非常稳定。8节能计算按工频和变频运行实际电流计算，计算数据取2008年技术测定：    工频运行时，风门开度为2m左右，运行电流在43A。    工频运行时功率和一天耗电量：    P1= 1.732×6×43×0.77=344.08KW       N1=344.08×24=8257.90KW•h。    变频器运行时，风门全开，运行电流在24A，由变频器调节风机速度来满足风量要求。    变频运行时功率和一天耗电量：    P2=1.732×6×24×0.958=238.93KW       N2=238.93×24=5734.32KW•h。    节电率：    (N1-N2)/N1=（8257.90-5734.32）/8257.90=30%。    节约电费计算：    以该矿电价0.6元/KW•h计算，工频24小时耗电费：     8257.90×0.6=4954.74元。    变频24小时耗电费：    5734.32×0.6=3440.59元。    变频改造后，日节约电费：   4954.74-3440.59=1514.15元。    一年以300天为标准计算，年节约电费：    1514.15×300=454244.4元。9其他效益  （1）实现电机软启动，减小启动冲击，降低维护费用，延长设备使用寿命；  （2）系统安全、可靠，具有变频故障转工频功能，确保风机连续运行；   （3）控制方便、灵活，自动化水平高；  （4）输入谐波含量小，不对电网造成污染；输出谐波含量低，适合所有改造项目的普通异步电动机；  （5）界面全为纯中文操作，非常符合国人特点；  （6） 安全保护功能齐全，除了过压、过热、过载、短路等自身保护功能外，还设有外围连锁保护系统，提高了系统的安全稳定性；（7）采集各台扇风机运行的工艺参数、电器参数、电气设备运行的状况。       主扇风机可由PLC进行控制，严格按控制程序进行控制，并对扇风机正常切换和故障切换进行控制和操作指导，且在控制柜实现硬件闭锁控制。       在控制站显示扇风系统工艺参数表、电气参数、设备运行状态（工作、停止、故障）以及报警参数表等。       自动建立数据库，对于重要的工艺参数、电气参数自动生成趋势曲线。       当运行风机发生故障时，利用运行记录的曲线对故障进行分析和处理。       在条件具备时，可实现远控，达到“无人值守”。10结束语   崔庄煤矿主扇风机经过变频改造之后,不仅达到了良好的节能效果,并且使整套通风系统的稳定性提高了一个大台阶。随着国家对节能减排工作的越来越重视，煤矿企业通过各种措施降低生产成本，其中变频技术起到了关键作用，取得了明显的经济效益和社会效益，适应了国家建设资源节约型社会的潮流。