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摘要：通過分析礦井原通風機系統存在的問題，結合變頻器使用現狀提出增加變頻器來進行通風機系統改造，并從變頻器、節能器等設備選型、關鍵問題處理和變頻系統控制等方面進行了詳細闡述。

關鍵詞：變頻器；通風機系統；節能降耗

通風機是煤礦生產過程中重要的供風、導風設備，在確保通風系統穩定、防止瓦斯等有害氣體聚集和保障人員安全等方面發揮著重要的作用。為了保證井下安全，通風機需要長時間連續運行，而通風機所需電流、電壓較高，故通風機也是井下高耗能設備。通風機根據內部風流流向分為軸流式和離心式2種，根據礦井實際需要選擇使用的是軸流式通風機，通風機電機采用起動電流較大的直起方式，且受到礦井環境和人為操作不當等因素的影響，通風機起動時對電網穩定沖擊性較大，且會一定程度的降低通風機的使用壽命，對于保障礦井安全生產、降低生產成本和節能降耗極為不利。變頻器若應用于通風機可實現電機調速，還可有效降低電動機起動電流和電網波動對電動機的影響，這樣不僅可以有效地實現礦井通風機節能降耗，對于提升通風機使用性能和使用壽命也具有重要意義。鑒于此，礦井決定通過技術改造將變頻器應用到通風機上來實現通風機變頻調速和節能降耗。

1礦井通風機系統問題分析

礦井主通風機系統于1996年7月正式投入使用，所選用的通風機為可調式軸流式通風機，該通風機配備額定電壓和功率分別為6000V和2000kW的同步電機，起動方式為直起。經過多年的資源回采，礦井開采水平逐漸向深部轉移，原通風系統已經難以滿足礦井通風需要，目前存在的問題主要有：（1）通風機運行工況已經接近特性曲線駝峰區，即通風機運行狀況較差；（2）礦井通風系統與通風機吻合性差，通風機已經難以滿足礦井通風系統的安全性和穩定性；（3）同步電機對供電電壓波動敏感性較強，且因外部因素導致的電網波動頻繁，通風機停機故障較多；（4）通風機電控系統落后，部分設備儀表顯示不準確，自動控制程度低，控制室人員無法掌握通風系統實時數據；（5）隨著礦井資源的回采，采區不斷向深部轉移，造成通風系統除了滿足原通風場所外，還要擔負深部采區的通風任務，通風負擔較重；（6）通風機耗電較高，約占礦井用電的25％~30%，以往的通風機系統不符合礦井節能降耗的企業理念。因此對原通風機系統進行技術改造是礦井安全生產和管理的重要舉措。

2技術改造方案的確定

2.1設備的選擇

鑒于通風機系統運行現狀和井下通風需求，同時考慮到變頻技術在通風機系統上發揮的諸多優勢，決定采用變頻技術對通風機系統進行技術改造。結合周圍礦井變頻器應用情況，最終確定采用高壓大功率變頻器對通風機電機進行無極調速。當前高壓變頻器主要有它控型和自控型變頻調速系統2種，前者屬速度開環控制，應用較少；后者可以有效解決電機失步和震蕩問題，故礦井選用自控型高壓大功率變頻器。結合國內變頻器在通風機上的使用效果，同時結合變頻器選用應滿足純凈輸入特性、高功率因數和合理正弦波輸出等原則，決定選用ACS5000型變頻器，該型變頻器容量4500kVA，可通過可編程控制器（PLC）實現變頻器的自動控制，同時，配備的監控系統可以對配電情況、風門狀態、變頻器輸出頻率、供電保護裝置、風量、風壓和通風機運行狀態等方面進行實時監控，可實現通風機的閉環自動控制，大大提高了管理人員實時掌握通風機運行狀態的精度和準度，有利于維修人員正確判斷通風機系統故障和及時維修。變頻器主要由整流器、濾波器、控制器和相關電路組成，變頻器是一種利用半導體元件將工頻電源轉換成不同頻率的控制裝置。根據通風機電機轉速與供電電源輸入頻率關系可知，改變電機頻率和電壓可以實現改變電機的轉速，利用變頻器調控系統即可實現電機頻率的改變，進而實現電機轉速的改變，這樣可以通過調節電機轉速確保風壓符合礦井需求。節電器是基于電力、電子原理和集成芯片控制原理進行設計，將功率因數補償技術、微處理數字技術、變頻調速技術、調壓技術等融合在一起的自動控制裝置。考慮到原軸流式通風機使用年限較長，其運行特性曲線與礦井通風已不相符，且通風性能已經難以滿足當前礦井通風需要，故決定采用AGF37.5-22.4-1FB型軸流式通風機代替原軸流式通風機。所選通風機還可有效解決電機絕緣和散熱問題。

2.2解決的關鍵問題

利用變頻器實現通風機的調速控制首先需要確定合理的控制方式和技術，同時還要解決電機在低頻運行過程中出現的發熱問題。通風機變頻器采用DTC控制技術，這樣可滿足變頻器在電網出現瞬間停電故障時變頻器能夠通過勵磁跟蹤實現對電機的實時控制，可有效預防以往因雷雨導致的通風機斷電事故；制定科學合理的控制技術來實現故障切換和反風控制，具體可從按要求配備雙回路供電系統、變頻器和電機采用“二拖二”互備方式，采用真空接觸式開關等方面進行確定。為了解決電機低頻運行發熱問題，所用電機匝間絕緣等級確定為H級，溫升確定為B級，采用強迫風冷對電機進行冷卻，通風機滿載時變頻器發熱量應約為75kW，配電柜外殼防護等級為IP42。

2.3變頻系統控制組成

變頻系統控制主要由高壓配電部分、低壓配電部分、變頻器部分和控制系統四部分組成。高壓配電部分主要指雙回路供電系統，低壓配電部分主要指經由變電所將高壓轉化為低壓作為低壓供電系統電源；根據要求選擇容量為4500kVA的ACS5000型變頻器，變頻器和電機采用“二拖二”互備方式，采用真空接觸式開關進行自動切換；控制系統是指采用可編程控制器（PLC）進行通風機運行狀態監測、信息切換等。

3節能效果分析

經過改造后采用AGF37.5-22.4-1FB型軸流式通風機，根據改造要求，通風機運行效率約為85%，根據礦井通風實際，選取通風機系統改造前原通風機運行工況點，其各種指標參數如表1所示。采用變頻器調速后，通風機運行效率為原功率的85%左右，即在通風容易和困難時分別為1224kW和1755kW，按照當前礦井用電價格計算，可節約電費94.6~135.7萬元/a，可見采用變頻器對通風機系統改造后的節能降耗效果顯著。變頻器單臺進價約為410萬元，可計算變頻器成本回收需要3.02~4.33a，變頻器平均使用壽命為10a，由此可知采用變頻器進行通風機系統改造在經濟上是可取的。

4結語

礦井通過技術改造將變頻器調速技術應用于礦井通風機系統，改善了通風機運行特性，提高了通風機起動平緩水平，且變頻器調節可實現PLC自動控制，操作簡單，省時省力，提高了通風機系統運行效率和可靠性，對通風機系統起到了較好的保護作用，有利于提高通風機的使用性能和使用壽命。

作者:韓靜 單位:太原學院

參考文獻：

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