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风光 煤矿通风机的变频节能改造

供稿:新风光电子科技股份有限公司 2015/4/17 11:31:33

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  • 关键词: 高压变频器 通风机
  • 摘要:本文介绍了风光牌高压变频器在肥城矿业集团陶阳煤矿通风机上的应用情况,并对改造进行了节能计算。结果表明,采用高压变频器对煤矿通风机设备进行调速节能改造,具有良好的经济效益和社会效益。

1 引言

  变频调速在风机和泵类负载上的应用具有显著的节能效果,并且具有软启动和软停机的优良控制特性,因此变频器首先在冶金、电力、石化、供热和民用风机水泵的控制领域得到广泛的应用。由于煤矿生产的特殊环境和安全上的特殊要求,变频器在煤矿的应用起步比较晚。随着我国市场经济的深入发展,煤矿的增产、降耗、提效被提到了重要地位,设备节能改造势在必行。

  煤矿通风机按结构分为轴流式和离心式;通风机是保障煤矿安全的主要通风机械,365天昼夜运转。矿井通风机一般配备两套,一台工作一台备用。矿井通风机的额定通风能力(风量、风压)是根据设计计算的矿井末期的通风阻力和达产时的风量确定。在矿井投产初期,风机的富裕能力是比较大的。

  在煤矿生产中,所需风量风压在不同阶段有不同的要求,为满足生产要求,煤矿通常采用以下几种方法调节:

  (1) 闸门调节;

  (2) 改变通风机速度;

  (3 )改变前导器叶片角度;

  (4) 轴流式通风机改变动叶安装角;

  (5) 离心式通风机调节尾翼摆角;

  (6 )轴流式通风机改变动叶数目;

  (7 )轴流式通风机改变静叶角度。

  其中以闸门调节效率最差,它是人为地改变阻力曲线,增加风阻,越调节性能就越恶化;前导器调节和尾翼摆角调节效率比闸门要高;改变动叶安装角和动叶数目,可改变风机的特性曲线,使风机在较大范围内以较高的效率运行,以达到节能降耗的目的。改变通风机速度,使其在最佳工况点运行,使风机在最大的范围内以最高的效率运行,节能效果好。

2 矿用通风机采用变频调速改造的优点

  随着电力电子技术、微电子技术、信息技术和现代控制理论在调速系统中的应用,并且由于近年电力紧张,变频调速技术已经成为现代电力传动的一个发展方向,卓越的调速性能,使得变频器在煤矿生产中的节能效果越发显著。因此,将矿用通风机改为变频器控制,将传统的电机调速技术、现代电力电子技术以及计算机控制技术结合在一起,当煤矿通风量发生变化时,自动调速,使通风机在经济的转速下高效运行,从而达到节电的效果。变频调速节能控制装置的特点:(1)调速效率高;(2)调速范围大;(3)调速精度高;(4)启动电流小,而且容易实现闭环控制。由于可以利用原普通交流异步电动机,所以特别适合对原有旧设备的技术改造,它既保持了原风机、电动机不用更换的优点,又能达到节电的显著效果,是矿用通风机调速节能的理想方法。

3 用户现场设备介绍

  肥城矿业集团公司陶阳煤矿中三井2003年前使用的通风设备,为涡轮式通风机(70B2)。此类设备效率低(最高只能达到60%)、能耗大。效率低的主要原因是无法进行调速运行,只能通过调整叶片角度来控制风量和风压,而矿井最初通风设备选型时,留有较大余量,长时间内达不到满负荷运转。

  2K56系列风机是沈阳鼓风机(集团)有限公司与东北大学合作,共同开发的新型矿井节能风机。该机为双级叶轮轴流通风机,叶片采用铸造铝合金,型线为机翼型扭曲式,安装角度可在20�~50�之间调整。当需要返风时,可使通风机直接反转,不需要调整风机的任何装置。装置最高静压效率达85.3%。产品高效区域宽广,该系列风机的装置静压效率比老式风机70B2提高近14%。

  为改变原通风机落后运行方式,陶阳煤矿中三井领导决定把两台老式涡轮通风机70B2—21NO-24型风机(500 kW/6kV)更换为轴流式节能风机2K56-2N0-24,采用变频调速的方法来控制风量的大小。

  陶阳煤矿中三井领导经过慎重考察,认真比较,选用山东新风光电子科技发展有限公司生产的风光牌JD-BP37-500F型(500kW/6kV、2套)高压变频系统,对中三井1#、2#通风机进行变频改造。高压变频器于2008年4月投运,设备至今运行良好。经过肥矿集团检测中心的检测,各项性能指标达到设计要求,通风机实现了高效运行,改造达到了预期目的。

  陶阳煤矿中三井通风机为两台,一用一备,现场1#、2#通风机设备参数相同,下面表1给出1#通风机基本参数。

  表1为现场电机参数,表2为风机参数。

4 山东新风光电子JD-BP37-500F高压变频器

  4.1JD-BP37-500F高压变频器的主要性能指标

  变频器功率: 500kW

  输入频率:   50Hz

  输入电压:   6.0kV±20%

  输出电压:   三相正弦波电压0-6kV

  额定电流:   61A

  输出频率:   0-120Hz

  频率分辨率: 0.01Hz

  加速时间:   可按工艺要求设定

  减速时间:   可按工艺要求设定

  故障诊断及检测:自动检测,自动定位

  网侧功率因数:0.95(高速时)

  过载保护:   150%1分钟

  防护等级:   IP20

  环境湿度:   90%,无凝结

  4.2性能特点

  (1) 全中文WINDOWS操作界面,彩色液晶触摸屏;

  (2)输入功率因数高,电流谐波少,无须功率因数补偿/谐波抑制装置;

  (3)输出阶梯正弦PWM波形,无须输出滤波装置,对电缆、电机绝缘无损害,电机谐波少,减少轴承、叶片的机械振动,输出线可以长达1000米;

  (4)功率电路模块化设计,维护简单;

  (5)高压主回路与控制器之间为光纤连接,安全可靠;

  (6)完整的故障监测电路、精确的故障报警保护;

  (7)内置PLC,易于改变控制逻辑关系,适应多变的现场需要;

  (8)可灵活选择现场控制/远程控制;

  (9)可接受和输出0~5V/4~20mA工业标准信号;

  (10)可根据用户需要内置PID调节器;

  (11)完整的通用变频器参数设定功能。

5 改造主回路控制方案

  风光高压变频调速系统由一次回路进线柜(旁路柜)、变压器柜、变频单元柜和操作控制柜组成。旁路柜在变频器维护过程中或变频器出现故障时,将电机投入到工频电网运行,保证生产不受影响。变频运行时,变频器为电机提供全面的保护。高压变频器旁路柜一次回路如图1所示。

 DL:用户高压真空断路器

  K1、K2、K3:高压变频器内置高压隔离开关

  BPQ:JD-BP37-500F高压变频器

  D:500kW/6kV异步电动机

  图1手动旁路柜中,共有3个高压隔离开关,为了确保不向变频器输出端反送电,K2与K3采用电磁互锁操动机构,实现电磁互锁。当K1、K3闭合,K2断开时,电机变频运行;当K1、K3断开,K2闭合时,电机工频运行,此时变频器从高压中隔离出来,便于检修、维护和调试。

  旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁, DL合闸时,绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关,以防止出现拉弧现象,确保操作人员和设备的安全。

6节能计算

  6.1风机节能计算公式

  风机流量变化量,如前所述,采用变频调速是有效的节电措施。根据GB12497-1995《三相异步电动机经济运行》对电机经济运行管理的规定有如下的计算公式。

6.2节能计算

采取风门调节风量时风机所需的轴功率为401kW,变频器调风量时相对调节风门调风量的节电率为0.364。

  (1)每年节电量计算(每年按工作300天计算)

  每年工作天数小时数功率节电率=300X24x401x0.364=1050940.8kW�h

  (2)每年节电费计算(电价按0.5元/计算)

  电费单价x用电量=0.5x1050940.8=525470.4元

  6.3实际节能情况

  风机采用变频器改造投入运行后,电流从55A下降到26A左右,运行频率35Hz,输入电流26A,输入电压6.3kV,输出电流49A,输出电压4kV,风机电机功率从411.52kW下降到260.68kW,一年节电量(411.52-260.68)X300X24=1086048kW�h,实际年节电费用543024元,与理论计算值基本吻合。

7变频改造的其他优点

  (1)采用变频器后启动风机时可以实现变频软启动,避免了启动电流对电网及控制设备的冲击,可以有效地延长电气设备的使用周期。

  (2)按需调节风量,调速范围宽且调速精度高,避免浪费。进行变频改造后,风机的风量不再需要通过改变叶片角度来调节,而是由变频器通过调节电机的转速来实现,调节线性度好,因而可以根据井下生产需要随时调节风量,避免了浪费。

  (3)降低了风机的工作强度,延长了使用寿命。进行变频改造后,风机的大部分时间工作在低速状态下,因而大大降低了风机的机械强度和电气冲击,大大延长了风机寿命,提高了风机的安全运行系数和运行周期。

  (4)变频器具有短路、过载、过压、欠压、缺相等各种保护,有效地保护了电机。

  (5)改善了现场工作环境,由于降低了风机的转速,风机噪声大大降低,深受现场工作人员的欢迎。

  (6)减少了反风中的操作环节,以前反风需要操作系统的立式风门、水平风门以及反风风门,工序繁多而且经常出现倒错风门的事故。现在使用轴流式风机和变频器控制后,反风时极其简单,只要在人机界面上将运行频率调整为负的频率,电机就会先减速至零点然后再反转到所调频率,这期间不用再调整整个风门系统,减少了工作量,降低了操作过程中的故障率。

8结束语

  肥城矿业集团公司陶阳煤矿中三井通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。我国是世界上的产煤大国,也是吨煤电耗比较高的国家。如果煤矿需要调速的设备,多数能使用变频调速装置改造,节约的能源将是非常可观的。

更多内容请访问 新风光电子科技股份有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=33686)

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