1.工況簡介

　　李村煤礦位于山西長治長子縣，井田走向長5公里，傾斜寬8公里，總面積16.15平方公里，井田劃分為五個采區(qū)和一個備用區(qū)，井田內含薄、中、厚煤層22個，其中可采和局部可采煤層17層，可采儲量1.36億噸。
　　礦井改擴建完成后，李村煤礦的原煤產(chǎn)量將達到240萬噸。煤礦開采遵循以風定產(chǎn)的要求，有多大的風量允許有多大的開采量，風量隨煤的產(chǎn)量的增加而增加。在采煤作業(yè)中瓦斯隨著煤的開采不斷地涌出，涌出瓦斯與煤的開采量呈正比，而保障每個煤礦工人正常工作所需的新鮮空氣也與煤的開采量呈正比。因此為了煤礦生產(chǎn)安全、完成生產(chǎn)任務，所需風量、風壓隨著開采和掘進的不斷延伸，巷道延長，及開采量的增加而增加，風機需用功率也隨之增加。
　　李村礦原來的南翼風機隨著掘進的深入，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要，故對南翼主扇通風進行了改造，撤除了原南翼主扇，增設南二主扇，大幅度提高了井下的通風能力。 

 
　　2.礦用主扇通風機調速方案選擇

　　在煤礦生產(chǎn)中，所需風量風壓在不同階段有不同的要求，為滿足生產(chǎn)要求，煤礦通常采用以下幾種方法調節(jié)：
　　1)閘門調節(jié)；
　　2)改變通風機速度；
　　3)改變前導器葉片角度；
　　4)軸流式通風機改變動葉安裝角；
　　5)離心式通風機調節(jié)尾翼擺角；
　　6)軸流式通風機改變動葉數(shù)目；
　　7)軸流式通風機改變靜葉角度。

　　其中以閘門調節(jié)效率最差，它是人為地改變阻力曲線，增加風阻，越調節(jié)性能就越惡化；前導器調節(jié)和尾翼擺角調節(jié)效率比閘門要高；改變動葉安裝角和動葉數(shù)目，可改變風機的特性曲線，使風機在較大范圍內以較高的效率運行，以達到節(jié)能降耗的目的。改變通風機速度，使其在最佳工況點運行，使風機在最大的范圍內以最高的效率運行，節(jié)能效果好。李村礦南二主扇風機為兩臺對旋式軸流通風機，一用一備。軸流式通
風機的一般性能曲線如圖1所示：   

　　1）基本參數(shù)

　　（1）高壓變頻調速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓撲結構，主體結構有多組功率模塊并聯(lián)而成。
　?。?）變頻裝置控制采用LED鍵盤控制和人機界面控制兩種控制方式，兩種方式互為備用，兩種方式從就地界面上可以進行增、減負荷，開停機等操作。裝置保留至少一年的故障記錄。
　?。?）變頻器能提供兩種通訊功能：標準的RS485和有觸摸屏處理器擴展的通訊接口。
　?。?）在20-100%的調速范圍內，變頻系統(tǒng)在不加任何功率因數(shù)補償?shù)那闆r下，本機輸入端功率因數(shù)達到0.95。
　?。?）變頻裝置對輸出電纜的長度無任何要求，變頻裝置保護電機不受共模電壓及dv/dt應力的影響。
　　（6）變頻裝置輸出電流諧波不大于2%，符合IEEE5191992及中國供電部門要求，高于國標GB14549-93對諧波失真的要求。變頻裝置輸出波形不會引起電機的諧振，轉矩脈動小于0.1%。變頻器可自動跳過共振點。
　?。?）變頻裝置對電網(wǎng)反饋的電流諧波不大于4%，符合IEEE5191992及中國供電部門要求，高于國標GB14549-93對諧波失真的要求。
　?。?）變頻裝置對電網(wǎng)電壓的波動有較強的適應能力，在-10%～+10%電網(wǎng)電壓波動時仍能滿載輸出，可以承受30%的電網(wǎng)電壓下降而繼續(xù)運行。滿足煤礦的電壓大幅波動的要求。
　?。?）變頻裝置設以下保護：過電壓、過電流、欠電壓、缺相保護、短路保護、超頻保護、失速保護、變頻器過載、電機過載保護、半導體器件的過熱保護、瞬時停電保護等，聯(lián)跳至輸入側6KV開關。保護的性能符合國家有關標準的規(guī)定。并提供故障、斷電、停機等報警。
　?。?0）變頻裝置帶故障自診斷功能，對所發(fā)生的故障類型及故障位置提供中文指示，在就地顯示并遠方報警，便于運行人員和檢修人員辨別和解決所出現(xiàn)的問題。變頻裝置有對環(huán)境溫度的監(jiān)控，當溫度超過變頻器允許的環(huán)境溫度時，變頻器提供報警。
　?。?1）系統(tǒng)在電子噪聲，射頻干擾及振動的環(huán)境中連續(xù)運行。變頻裝置滿足國家標準對電磁兼容的規(guī)定。

　　6KV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘K1(k4)到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS21(Q)送至電動機；6KV電源還可以經(jīng)旁路刀閘K3(k6)后由KM1(KM2)直接起動電動機，K1(K4)、K2(K5)與K3(K6)具有機械互鎖裝置，當K1(K4)、K2(K5)在合閘位置時K3(K6)不能操作，反之亦然；當系統(tǒng)處于變頻回路時，變頻器開機后，K1(K4)、K2(K5)操作失效，當系統(tǒng)處于工頻回路時，工頻運行后K3(K6)操作失效，以防止操作人員誤操作，避免帶電拉閘帶來的嚴重后果。進出線刀閘（K1、K2、k4、k5）和旁路刀閘（K3、k6）的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進出線刀閘，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘，在工頻電源下起動電機運行。虛線框內為手動旁路開關柜。

　　1）根據(jù)礦井生產(chǎn)實際情況，用戶提出礦井近期（或初期）所需的風量、負壓。
　　2）根據(jù)當前風機運行情況，作出目前及后期礦井通風網(wǎng)路阻力曲線，求出較準確的礦井通風網(wǎng)路阻力系統(tǒng)及網(wǎng)阻曲線方程。
　　3）確定風機直徑及轉速后，根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品特性曲線，作出風路阻力曲線，并根據(jù)風機所需的風量和負壓，找出前后期工況點，必須使工況點運行在高效區(qū)，即系統(tǒng)效率在80%左右。如果工況點出現(xiàn)在低效區(qū)，可以調整風機的的動葉角度使其處于高效區(qū)。風機葉片安裝角度可以通過公式計算和作圖，找工況點兩者相結合的方法確定。作風路特性曲線找工況點，可以由圖查得平均角度。亦可通過計算求得。根據(jù)上述方法初算出的角度，對照礦井阻力曲線和風機性能曲線作出的工況點，再確定葉片安裝角度。在實際應用中,風機轉速大于50%的情況下,可以滿足用戶井下對風量及負壓的影響,且風機運行在高效區(qū)。

    
　　6.變頻運行情況

　　1) 變頻運行

　　變頻投入運行以來一直穩(wěn)定運行，輸出頻率、電壓和電流穩(wěn)定，風機運行穩(wěn)定，變頻器網(wǎng)側實測功率因數(shù)為0.976，效率均高于96%，滿載時網(wǎng)側電流諧波總容量小于3%，輸出電流諧波小于4%。風機以低于額定轉速運行，不僅節(jié)約了能源，減少了維護費用，還降低了風機的運行噪聲，經(jīng)濟效益良好。

　　2) 變頻操作

　　變頻器顯示采用中文圖形界面，觸摸屏操作，生動直觀，變頻器的運行狀態(tài)一目了然，各種運行數(shù)據(jù)可在觸摸屏上查詢，便于操作人員及時了解變頻器的運行情況。變頻器操作簡單，兩級風機可以同時起動，可在3分鐘之內起動至高速，短時間內達到所需風量。由于烏蘭礦屬于高瓦斯礦井，主扇風機停機10分鐘就是重大事故，簡便的操作和短的起動時間確保了生產(chǎn)安全。并且反風比以前操作簡單可靠，完全可滿足10分鐘內實現(xiàn)反風的要求。

　　3)能耗分析

　　主扇風機為對旋式軸流風機，一臺主扇風機有兩臺旋轉方向相反的風機組成，每臺功率400kW，，當需風量為QA時，動葉角度為零度時、風機效率小于70%，以提高風機的運行效率，這時風機的運行效率約為72%，根據(jù)礦井的通風阻力曲線和提供的風機的性能曲線圖得知：
　　P風損=Δp×QA/1000=（pB－pA）×QA/1000
　　=（3050-2100）×147/1000=139.7kW
　　在工頻運行時，風機工作在工況點B點，這時風機通風有用功率：
　　P通=pB×QB/1000=3050×147/1000=448.4kW
　　電機功率：P電=P通/η=448.4/72%=622.8kW
　　因此，其節(jié)電率=（P電-P變）/P電=（622.8-386）/622.8=38.02%
　　風機變頻運行時的效率為：
　　η=（pA×QA/1000）/P入
　　=（2100×147/1000）/386=80%
　　由此可見，變頻運行時，風機效率為80%，其節(jié)電率在30%以上，節(jié)能效果十分明顯。