產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
少用電 用好電 再生電 存儲電 防爆電
解決方案
中壓變頻器在煤礦主扇風(fēng)機上的應(yīng)用
1引言
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,各行各業(yè)煤炭的需求量也越來越大,各大型煤炭企業(yè)紛紛開辟新的礦井來擴大規(guī)模,并且利用各種技術(shù)降低生產(chǎn)成本,因此變頻器在煤炭行業(yè)的需求也就越來越大。
主扇風(fēng)機是煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中最重要的一部分,它可以說是每一個井下工作人員的呼吸要道,因此它也是煤礦安全生產(chǎn)中最重要的一個環(huán)節(jié)。長期以來,礦井主扇風(fēng)機的功率都比較大,而且一天24小時不間斷運行,礦井所需的風(fēng)量都是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板或葉片角度來實現(xiàn),根據(jù)反風(fēng)及開采后期運行工況要求,所設(shè)計的通風(fēng)機及拖動的電動機的功率,通常遠(yuǎn)大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運行功率。風(fēng)機設(shè)計上余量特別大,在相當(dāng)長的時間風(fēng)機一直處在較輕負(fù)載下運行,因此,煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中存在著極為嚴(yán)重的大馬拉小車現(xiàn)象,能源浪費非常突出。
2 用戶介紹
山西焦煤集團正興煤業(yè)有限公司于2009年8月由山西焦煤集團投資有限公司作為主體企業(yè),重組整合偏關(guān)縣五座煤礦而成,下有九鑫礦、閆家溝礦兩座礦井。九鑫礦生產(chǎn)能力為120萬噸/年,其主扇風(fēng)機擔(dān)負(fù)著整個礦井的通風(fēng)任務(wù),要求安全穩(wěn)定性極高,因為風(fēng)機一旦停機,短時間內(nèi)就將造成全礦無法正常生產(chǎn),控制方式采用調(diào)節(jié)風(fēng)門開度的大小來調(diào)整風(fēng)量,這樣,不論生產(chǎn)的需求大小,風(fēng)機都要全速運轉(zhuǎn),而運行工況的變化則使得能量以風(fēng)門節(jié)流損失消耗掉了。不僅控制精度受到限制,而且還造成大量的能源浪費,從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加,設(shè)備使用壽命縮短,設(shè)備維護、維修費用高居不下,針對這種情況,礦領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過論證,決定選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP34系列中壓變頻調(diào)速器4套對主扇風(fēng)機進行控制,改造取得了成功。
九鑫礦主扇風(fēng)機為兩臺,一用一備,現(xiàn)場1#、2#通風(fēng)機設(shè)備參數(shù)相同,下面表1、表2給出1#風(fēng)機基本參數(shù)。現(xiàn)場主扇風(fēng)機如圖1所示。
3 風(fēng)光牌JD-BP34-270F中壓三電平變頻器介紹
風(fēng)光牌JD-BP34-270F中壓三電平變頻器采用高速DSP和CPLD芯片作為主控器件,主電路采用三電平或稱中點箝位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。友好人機界面可以設(shè)置各種參數(shù)及實時監(jiān)測運行狀態(tài)。國內(nèi)較早成功研制三電平變頻器的廠商,產(chǎn)品榮獲山東省科技進步獎。
3.1 產(chǎn)品性能特點
(1)主電路采用三電平或稱中點箝位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),不但能輸出較高電壓,而且能降低輸出電壓諧波成分和電壓變化率dv/dt,輸出波形良好。
(2)輸出端采用三相RLC低通濾波器,將變頻器輸出的三相SPWM波濾成正弦波,有利于保護電機。
(3)采用先進的高速DSP和CPLD芯片作為主控器件,保證變頻器的穩(wěn)定運行。易于操作的人機界面可實現(xiàn)各種參數(shù)的設(shè)置及運行狀態(tài)的監(jiān)控。
(4)不受電網(wǎng)波動影響,電機側(cè)電壓穩(wěn)定。增加低頻啟動電壓可以補償線路損耗,適應(yīng)遠(yuǎn)距離傳輸(最遠(yuǎn)達(dá)3000m以上)。
(5)保護功能齊全。設(shè)有過壓、欠壓、硬件過流、2倍過流、過載、欠載、溫升過高及失速等保護,并配有電機保護儀,變頻器一旦保護,會立即保存故障數(shù)據(jù),便于查找分析,有效保護變頻器及電機。
(6)內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器,可開/閉環(huán)運行。
3.2產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范
3.3風(fēng)光牌JD-BP34-270F中壓三電平變頻器有關(guān)設(shè)計
本文僅對該變頻系統(tǒng)的技術(shù)特點簡述如下,與380V級通用變頻器相同部分不再贅述。
(1)主電路與功率器件的選擇
在PWM電壓型380V級變頻器中,一般采用兩電平電路。若用兩電平電路實現(xiàn)1140V的輸出勢必要用昂貴的高壓管或采用低壓管串聯(lián)結(jié)構(gòu),由于器件串聯(lián)動態(tài)均壓問題不易解決,應(yīng)盡量避免。
本設(shè)計的整機方塊圖如圖2所示。
圖2 整機主回路
其中主電路部分采用三電平電路或稱中心點部位(NeturalPointClamped-Npc)方式,它不但能輸出較高電壓,而且能降低輸出諧波和電壓變化率(dv/dt),良好的波形正是本設(shè)計的目標(biāo)之一。圖中的功率開關(guān)器件選用西門子的雙單元IGBT模塊(300A/1700V),采用兩模塊并聯(lián),整流橋采用300A/1600V雙單元,整流后由兩組大電容器相串聯(lián)組成濾波器,電解電容采用10000UF/400VDC,六串四并,如圖電容器的連接點即本電路的中心點(三電平的中間電平)。主回路可控硅延時導(dǎo)通,選用350A/1600V的模塊。
(2)載波頻率的選擇
提高載波頻率對改善波形、降低噪聲大有好處,可是載波頻率提高,會使開關(guān)損耗增加,所以選擇時必須權(quán)衡利弊,本設(shè)備中載波頻率選為2.0kHz,選擇這個值時考慮到了輸出端LC低通濾波器電感鐵芯的重量因素。
(3)變頻器有關(guān)參數(shù)設(shè)置如表4所示。
4改造主回路控制方案
正興煤業(yè)九鑫礦主扇風(fēng)機為兩臺,一用一備。風(fēng)機電機變頻器采用一拖一控制,風(fēng)光中壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進線柜、變頻單元柜組成。變頻運行時,變頻器為電機提供全面的保護。如果變頻器在運行中出現(xiàn)故障,立即將備用風(fēng)機投入運行,保證煤礦通風(fēng)生產(chǎn)要求。1#風(fēng)機中壓變頻器柜一次回路如圖3所示。
DL:用戶負(fù)荷開關(guān)
1#、2#BPQ:JD-BP34-270F中壓變頻器
D:220kW/1140V異步電動機
圖4 中壓變頻器運行照片
圖5 人機界面運行圖
5 現(xiàn)場應(yīng)用情況
正興煤業(yè)九鑫礦主扇風(fēng)機選用型號JD-BP34-270F風(fēng)光變頻器4套,于2012年7月2日一次性投運成功。變頻運行后,風(fēng)門全部打開,運行頻率26Hz左右,不僅完全滿足煤礦生產(chǎn)工藝要求,而且用戶操作非常方便。變頻器運行穩(wěn)定。變頻器現(xiàn)場運行如圖4所示,人機界面運行如圖5所示,變頻器運行參數(shù)記錄如表5所示。
風(fēng)機采用變頻器改造投入運行后,輸入電流從72A下降到30A左右,風(fēng)機電機功率從113.7kW下降到56.9kW,節(jié)電率為(113.7kW-56.9kW)/113.7kW=50%。
變頻改造的其他優(yōu)點:
(1)采用變頻器后啟動風(fēng)機時可以實現(xiàn)變頻軟啟動,避免了啟動電流對電網(wǎng)及控制設(shè)備的沖擊,可以有效地延長電氣設(shè)備的使用周期。
(2)按需調(diào)節(jié)風(fēng)量,調(diào)速范圍寬且調(diào)速精度高,避免浪費。進行變頻改造后,風(fēng)機的風(fēng)量不再需要通過改變?nèi)~片角度來調(diào)節(jié),而是由變頻器通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn),調(diào)節(jié)線性度好,因而可以根據(jù)井下生產(chǎn)需要隨時調(diào)節(jié)風(fēng)量,避免了浪費。
(3)降低了風(fēng)機的工作強度,延長了使用壽命。進行變頻改造后,風(fēng)機的大部分時間工作在低速狀態(tài)下,因而大大降低了風(fēng)機的機械強度和電氣沖擊,大大延長了風(fēng)機壽命,提高了風(fēng)機的安全運行系數(shù)和運行周期。
(4)變頻器具有短路、過載、過壓、欠壓、缺相等各種保護,有效地保護了電機。
(5)改善了現(xiàn)場工作環(huán)境,由于降低了風(fēng)機的轉(zhuǎn)速,風(fēng)機噪聲大大降低,深受現(xiàn)場工作人員的歡迎。
(6)減少了反風(fēng)中的操作環(huán)節(jié),以前反風(fēng)需要操作系統(tǒng)的立式風(fēng)門、水平風(fēng)門以及反風(fēng)風(fēng)門,工序繁多而且經(jīng)常出現(xiàn)倒錯風(fēng)門的事故?,F(xiàn)在使用軸流式風(fēng)機和變頻器控制后,反風(fēng)時極其簡單,只要在人機界面上將運行頻率調(diào)整為負(fù)的頻率,電機就會先減速至零點然后再反轉(zhuǎn)到所調(diào)頻率,這期間不用再調(diào)整整個風(fēng)門系統(tǒng),減少了工作量,降低了操作過程中的故障率。
6結(jié)束語
正興煤業(yè)九鑫礦主扇風(fēng)機經(jīng)過變頻改造之后,不僅達(dá)到了良好的節(jié)能效果,并且使整套通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高了一個大臺階。隨著國家對節(jié)能減排工作的越來越重視,煤礦企業(yè)通過各種措施降低生產(chǎn)成本,其中變頻技術(shù)起到了關(guān)鍵作用,取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益,適應(yīng)了國家建設(shè)資源節(jié)約型社會的潮流。