【摘 要】 本文介紹了東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司高壓大功率變頻器在煤礦行業(yè)要害設(shè)備上的成功應(yīng)用，通過(guò)改造，達(dá)到節(jié)能的效果。 【關(guān)鍵詞】 高壓變頻器 煤礦 瓦斯泵 【Abstract】 This text introduced Dong Fang Hitachi (CD) Electric Control Equipments Co.,Ltd the high- voltage inverter in the success of the coal mine profession vital part equipments application, pass the reformation, attain the result of economy energy. 【Key words】 high-voltage inverter coal mine gas pump 一、 前 言 　　老虎臺(tái)礦座落在素有“煤都”之稱的撫順東部 ,是撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司下屬的重點(diǎn)煤礦。井田面積10平方公里，開采于1901年，至今已有百年開采歷史。截止2004年末，可采儲(chǔ)量5562 .8 萬(wàn)噸，礦井設(shè)計(jì)能力由建國(guó)初期的 30萬(wàn)噸 建成年產(chǎn) 320萬(wàn)噸的大型礦井，采煤機(jī)械化程度為100%。建國(guó)以來(lái)累計(jì)生產(chǎn)煤炭1.619億噸，上繳利潤(rùn)29.154 億元，成為撫順礦業(yè)集團(tuán)的支柱企業(yè)。老虎臺(tái)礦現(xiàn)有在籍員工7869 人，主導(dǎo)產(chǎn)品為二級(jí)精煤，副產(chǎn)品為八級(jí)精煤和五級(jí)中塊，其性能具有低硫、低灰的氣煤， 發(fā)熱量為 22.99 — 25千焦耳之間， 是優(yōu)質(zhì)的工業(yè)動(dòng)力煤和生活用煤，煤炭主要銷往鞍鋼、本鋼等地，煤氣作為副產(chǎn)品 原只供于本地區(qū)和市內(nèi)，現(xiàn)向沈陽(yáng)部分地區(qū)供氣，年供氣量將達(dá)到 8000多萬(wàn)m3 以上。 圖1 老虎臺(tái)礦 二、 煤礦高壓變頻器改造的可行性分析 　　主扇風(fēng)機(jī)在煤礦生產(chǎn)中有著重要的地位，隨著開采和掘進(jìn)的不斷延伸，巷道延長(zhǎng)，盡管風(fēng)量基本不變，但井下所需的風(fēng)壓要求卻不斷增加，風(fēng)機(jī)需用功率也隨之增加。根據(jù)反風(fēng)及開采后期運(yùn)行狀況來(lái)確定的主扇風(fēng)機(jī)及拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率通常遠(yuǎn)大于煤礦長(zhǎng)期開采所需的正常運(yùn)行功率。存在以下幾個(gè)問(wèn)題: 2.1、電能的嚴(yán)重浪費(fèi) 　　大型煤礦的服務(wù)年限大多在幾十年以上，投產(chǎn)初期到井田穩(wěn)定開采一般在十年以上，這就以為在主扇風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上余量特別大，說(shuō)明在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間主扇風(fēng)機(jī)一直處在較輕負(fù)載下運(yùn)行。由于煤礦主扇風(fēng)機(jī)一般采用檔板調(diào)節(jié)，因此造成能源浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本。 2.2、 啟動(dòng)困難，機(jī)械損傷嚴(yán)重 　　主扇風(fēng)機(jī)采用直接啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，啟動(dòng)電流大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣有著較大的威脅，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。而高壓電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的單軸轉(zhuǎn)矩現(xiàn)象使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生較大的機(jī)械振動(dòng)應(yīng)力，嚴(yán)重影響到電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)及其它機(jī)械的使用壽命。 2.3、自動(dòng)化程度低 　　主扇風(fēng)機(jī)依靠人工調(diào)節(jié)檔板，更不具備風(fēng)量的自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)功能，自動(dòng)化程度低。在故障狀態(tài)下，如風(fēng)流短路，將對(duì)礦井正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。 　　為了礦井的安全生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本，提升該煤礦的自動(dòng)化水平，對(duì)主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造具有非常重要的意義。 三、 設(shè)備選型及特點(diǎn) 　　交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、慣量小、維護(hù)方便，可在惡劣環(huán)境中運(yùn)行，容易實(shí)現(xiàn)大容量化，高壓化、高速化、價(jià)格低廉。 3.1、調(diào)速方案比較 　　從節(jié)能的角度，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速裝置可以分為高效調(diào)速裝置和低效調(diào)速裝置兩大類。高效調(diào)速裝置的特點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)基本保持額定轉(zhuǎn)差，不增加轉(zhuǎn)差損耗，或可以將轉(zhuǎn)差動(dòng)率回饋至電網(wǎng)。低效調(diào)速裝置的特點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)改變轉(zhuǎn)差，增加轉(zhuǎn)差損耗，下面通過(guò)機(jī)械特性、調(diào)速范圍、節(jié)能效果、故障處理、投資成本、維護(hù)保養(yǎng)、可靠性、性能等方面做個(gè)詳細(xì)比較。 各種交流電機(jī)調(diào)速方式比較如下圖 　　通過(guò)比較，高壓變頻調(diào)速以節(jié)能效果明顯，調(diào)速范圍寬，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，可靠性明顯高于其他調(diào)速裝置，是目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)高壓電機(jī)調(diào)速的發(fā)展趨勢(shì)，雖然前期投資比起其他的調(diào)速裝置昂貴，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮，投資回報(bào)率非常高。撫順煤礦老虎臺(tái)礦通過(guò)充分的論證、分析，最終決定對(duì)該廠的抽出井下空氣的主扇風(fēng)機(jī)調(diào)速和中央瓦斯泵調(diào)速均采用高壓變頻調(diào)速，通過(guò)國(guó)內(nèi)外幾家高壓變頻器廠商的比較，最終選用的是東方日立（成都）電控設(shè)備有限生產(chǎn)的DHVECTOL-DI系列變頻器。 3.2、東、西主扇風(fēng)機(jī)高壓變頻方案的選擇 　　老虎臺(tái)礦東、西主扇風(fēng)機(jī)分別配置三臺(tái)高壓電機(jī)，兩套風(fēng)機(jī)。其中的1600kW電機(jī)和630kW電機(jī)帶一臺(tái)風(fēng)機(jī)，中間通過(guò)連軸器連接，如果其中一臺(tái)電機(jī)故障，解開對(duì)輪，接上另外一臺(tái)電機(jī)，從而保證井下通風(fēng)，如圖2。 圖2 東、西主扇風(fēng)機(jī)系統(tǒng)圖 　　考慮到井下通風(fēng)的連續(xù)性，在變頻改造之前一般的運(yùn)行方式是其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，另外一臺(tái)聯(lián)動(dòng)，輪換的時(shí)候都是另外一臺(tái)運(yùn)行起來(lái)，再停其中一臺(tái)。為了提高變頻器的利用率，所以在高壓變頻器設(shè)計(jì)方案里保證了1年365天都能運(yùn)轉(zhuǎn)。其中一次回路如圖3。 圖3、 東、西主風(fēng)扇變頻改造一次回路圖 (1)、正常情況下變頻器帶動(dòng)1050kW電機(jī)運(yùn)行，變頻器運(yùn)行中故障直接聯(lián)動(dòng)變頻風(fēng)機(jī)，如果聯(lián)動(dòng)不成功，變頻器發(fā)出聯(lián)動(dòng)失敗信號(hào)，在啟動(dòng)630kW電機(jī)工頻運(yùn)行。 (2)、KM1和KM2同工頻運(yùn)行的小車開關(guān)互鎖； 3.3、中央瓦斯抽放泵高壓變頻方案的選擇 　　瓦斯抽放泵是用于煤礦在地面集中抽放井下瓦斯的一種專用安全裝備，其特點(diǎn)是能有效地抽出部分或大部分煤層解吸瓦斯，減輕礦井通風(fēng)負(fù)擔(dān)，同時(shí)將抽出的瓦斯輸送到居民區(qū)，中央瓦斯泵站共配置4臺(tái)瓦斯泵，兩用兩備，定期切換，系統(tǒng)配置如圖4。 圖4、中央瓦斯泵系統(tǒng)示意圖 　　瓦斯泵的可靠性要求非常高，運(yùn)行中一臺(tái)故障聯(lián)動(dòng)另外一臺(tái)，在改造方案中充分的考慮到安全性，做出如圖5所示的方案 圖5、瓦斯泵變頻器一次回路圖 （1）、正常情況下，變頻器帶一臺(tái)瓦斯泵運(yùn)行，如果在運(yùn)行中變頻器出現(xiàn)故障直接聯(lián)動(dòng)變頻泵工頻運(yùn)行，聯(lián)動(dòng)失敗，發(fā)出聯(lián)動(dòng)失敗信號(hào)直接啟動(dòng)另外一臺(tái)工頻泵運(yùn)行； （2）、QF2與QF3和QF4互鎖； 3.4、遠(yuǎn)程通訊方案的選擇 　　為了保證煤礦的安全生產(chǎn)，煤礦調(diào)度室需要時(shí)時(shí)監(jiān)控井下人員安全情況以及煤礦所有設(shè)備的安全運(yùn)行情況，同時(shí)按照各個(gè)專業(yè)的劃分，機(jī)電廠和保安區(qū)也分別要時(shí)時(shí)監(jiān)控主扇風(fēng)機(jī)和瓦斯泵的運(yùn)行狀況，做出如圖6系統(tǒng)通訊方案。 圖6、變頻器通信方案 　　注：東、西風(fēng)扇變頻器的信號(hào)傳送到機(jī)電廠監(jiān)視，瓦斯泵站變頻器的信號(hào)送到保安區(qū)監(jiān)視。機(jī)電廠和保安區(qū)再將信號(hào)送到礦調(diào)度。保證了所監(jiān)視的數(shù)據(jù)能在礦調(diào)度、機(jī)電廠、保安區(qū)同時(shí)顯示。 3.5、DHVECTOL-DI變頻器特點(diǎn) (1)、輸入諧波小，高功率因數(shù)； (2)、高效率，高可靠性； (3)、電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，無(wú)沖擊電流，保護(hù)了電機(jī)，降低維護(hù)電機(jī)費(fèi)用； (4)、單元旁路功能，保證了運(yùn)行的可靠性； (5)、瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能，不會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)的波動(dòng)造成變頻器停機(jī)； (6)、通用的通訊接口； (7)、完善的運(yùn)行記錄和系統(tǒng)自診斷能力。 四、 項(xiàng)目實(shí)施情況 　　該項(xiàng)目2005年9月29日采購(gòu)，2005年11月27日設(shè)備運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，2005年12月7日開始安裝東、西主扇風(fēng)機(jī)變頻器，2005年12月21日開始調(diào)試變頻器主體部分，2005年12月29日開始調(diào)試遠(yuǎn)程通信，2006年1月9日完成所有調(diào)試，投入生產(chǎn)運(yùn)行，1月12日順利通過(guò)72小時(shí)生產(chǎn)考核運(yùn)行，通過(guò)一個(gè)月的運(yùn)行考核，初步估算節(jié)能達(dá)到40%以上。 圖7、變頻改造的高壓電機(jī) 五、 結(jié)束語(yǔ) 　　我國(guó)是世界上的產(chǎn)煤大國(guó)，又是能源貧乏的國(guó)家之一，而且也是噸煤電耗比較高的國(guó)家。我們要?jiǎng)?chuàng)造出一條以低能耗實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的新路,節(jié)能降耗是明智之舉。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用也表明，高壓變頻器的應(yīng)用于煤礦系統(tǒng)改造能取得良好的運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益。在國(guó)家倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的大好形勢(shì)下，煤礦行業(yè)高壓變頻改造也是刻不容緩的。 參考文獻(xiàn)： [1] 毛正孝 泵與風(fēng)機(jī) 中國(guó)電力出版社 [2] 王占奎 變頻調(diào)速應(yīng)用百例 科學(xué)出版社 [3] 周乃榮、萬(wàn) 生 礦山固定機(jī)械手冊(cè) 煤炭工業(yè)出版社 [4] 產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè) 東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司