淮北矿业集团朱仙庄煤矿西风井风机高压变频节能改造工程

一、引言

　　朱仙庄矿位于安徽省淮北平原中部，朱仙庄煤矿西风井风机主要担负北部采区通风，要求安全稳定性极高，因为主风机一旦停机，短时间内就将造成全矿无法正常生产；控制方式采用调节风门开度的大小来调整风量。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。

二、现场技术参数
　　　　电动机
　　型号：YR1250-10/1430
　　功率：1250KW
　　电压：6000V
　　电流：146A
　　额定转速：590转/分
　　额定转子电压：1365V
　　额定转子电流：572A
　　定子接线方式：Y
　　转子接线方式：Y
　　绝缘等级：B
　　厂家：兰州电机厂
　　出厂日期：1979年12月

　　　　离心风机
　　型号：K4-73-02NO28F
　　流量：784800米3/小时（1800-10800m3/min）
　　主轴转数：580转/分
　　全压：392公斤/米2（50～500mmH2O）
　　电机容量：1250KW
　　厂家：沈阳风机厂
　　出厂日期：1970年10月

　　设备布置采用抽出式通风方式，配备反风道反风，扇风机与电动机设于主机房内，主机房为双层工业厂房，风道为半地下式。吸风侧设两个立闸门，两个水平反风门，扩散器侧两个水平反风门，每个风门各用一台JFM-4型启闭风门绞车进行操纵，风门绞车采用集中与就地两种操作方式。
　　起动方式：电动机转子串接频敏电阻器
　　频敏电阻器型号为BP1-316-4020
　　传动方式：直接传动
　　调节方式：手动操作风门绞车控制立闸门 （改变管路阻力特性曲线）

三、变频改造前存在的问题

　　1.原工矿使用的为转子串电阻启动方式，启动不稳定，造成了大的机械冲击，导致电机寿命大大降低；
　　2.转子串电阻启动时，控制系统复杂，故障率高，接触器、电阻器、绕线电机电刷容易损坏，维护工作量大；
　　3.启动时电流过大，对电网冲击很大，影响电网的稳定性；
　　4.原工矿调节风量主要由调节风门来实现，多余的风量全部浪费在风门上,造成了严重资源浪费；
　　5.原工矿无调速方式，无法实现无级调速；
　　6.自动化程度低，影响整体系统安全性。

四、变频控制方案

　　1、采用功率单元串联多电源结构，实现无级调速和多速度等级运行，能带载调节风机工况点，满足主通风机各种运行工况。
　　2、选用一套6kV变频装置，通过切换，可以分别拖动两台风机单独运行，具有一拖二功能。
　　3、在变频器故障状态下，可切换到工频状态运行；
　　4、采用变频的软启动技术，启动电流小，减少对电网及风机冲击。
　　5、具有变频器工作状态在线检测功能，并能与矿井安全监控系统联网。
　　6、变频器采用先进的功率单元串联叠波技术，空间矢量控制的正弦波PWM调制方法，新颖的全中文操作界面和高性能IGBT功率器件，可靠性高、性能优越、操作简便。
　　7、高质量电源输入：输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源对于6kV而言相当于30脉冲不可控整流输入，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足IEEE 519-1992和GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》对谐波含量最严格要求，无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰。正常调速范围内功率因数大于0.96。无需功率因数补偿电容，减少无功输入，降低供电容量。
　　8、完美的输出性能：单元脉宽调制叠波输出， 6kV系列每相5个单元，大大削弱了输出谐波含量，输出波形几近完美的正弦波。

五、变频控制特点

　　1.优良的调速性能，完全满足生产工艺要求；
　　2.良好的节能效果，提高系统运行效率；
　　3.实现电机软启动，减小启动冲击，降低维护费用，延长设备使用寿命；
　　4.启动时，最大只有1.3 倍的额定电流，根本不影响电网的稳定性。
　　5.系统安全、可靠，确保风机连续运行；
　　6.控制方便、灵活，自动化水平高；
　　7.输入谐波含量小，不对电网造成污染；输出谐波含量低，适合所有改造项目的异步电动机；
　　8.实现无级调速，风门全部开，由风机速度调节来实现改变风量大小，满足现场工况；
　　9.界面全为纯中文操作，非常符合国人特点；
　　10.安全保护功能齐全，除了过压、过热、过载、短路等自身保护功能外，还设有外围连锁保护系统，提高了系统的安全稳定性。

六、风机集控系统

1.使用风机集控系统的现实意义

　　扇风机是煤矿建设和生产中关键而又重要的设备，运行的好与坏直接关系到煤矿的安全生产和经济效益。因此，一个比较完善、操作方便的控制系统对其运行的过程进行监控便显得十分重要，也是保障风机安全、可靠运行的最佳途径。针对其重要性，吸收先进的控制理念，并针对风机运行的特点，采用风机集控系统，做到安全、可靠、经济、操作方便。

2.风机集控系统组成

　　朱仙庄矿西风井安装2台大型矿用离心式风机，一用一备。拖动电机为1250KW的异步绕线式电动机，采用转子串频敏变阻器起动。风机的风量调节：在工频时通过立闸门的开度调节；变频时通过调节变频器输出频率，达到调节风量的目的。

　　电控系统采用了PLC组成的二级分布式计算机集散式控制系统，在扇风机运行的过程进行实时的数据检测、数据显示、控制、保护、报警和管理。系统由操作站（以下简称为上位机）和现场控制站两部分组成，现场控制站采用S7-300系列的PLC一对一控制。操作站配置了威达电工控机：PIV2.4G 512M 80G 52X光驱；19DELL彩显；操作系统为WindowsXP；监控组态软件采用WINCC6.0组态软件。

3、风机集控系统功能

 采集各台扇风机运行的工艺参数、电器参数、电气设备运行的状况。
 扇风机可由PLC进行控制，严格按控制程序进行控制，并对扇风机正常切换和故障切换进行控制和操作指导；且在控制柜实现硬件闭锁控制。
 在控制站显示扇风系统工艺参数表、电气参数、设备运行状态（工作、停止、故障）以及报警参数表等。
 自动建立数据库，对于重要的工艺参数、电气参数自动生成趋势曲线。
 报表打印功能。
 当运行风机发生故障时，利用运行记录的曲线对故障进行分析和处理。
 在条件具备时，可实现远控，达到“无人值守”。

4、风机集控系统特点
 本系统软件采用功能强大的组态软件开发，并提供了良好的人机界面，便于用户学习和操作。
 界面友好，各种信息的显示、查看操作简单，易学易用。
 数据安全性高，稳定性好。提供了完善的错误中断提示。
 设置了用户权限管理。一般用户只能查看普通操作，责任用户只有将用户名和密码登录后，才能进行相关的操作。

七、节能计算

　　按工频和变频运行实际电流计算，计算数据取2008年技术测定
　　工频运行时，风门开度为2m左右，运行电流在96.7A。
　　工频运行时功率和耗电：
　　　　P1= 1.732×6×96.7×0.77=773.78kW
　　　　N=773.78×24=18570.67kW•h
　　变频器运行时，风门全开，运行电流在46.6A，由变频器调节风机速度来满足风量要求。
　　变频运行时功率和耗电：
　　　　P2= 1.732×6×46.6×0.958=463.93kW
　　　　N=463.93×24=11134.27kWh
　　节电率：
　　　　（18570.67-11134.27）/18570.67=40 %
　　节约电费计算：
　　以电价0.6元/度为标准，工频24小时耗电费：
　　　　18570.67×0.6=11142.4元
　　变频24小时耗电量
　　　　11134.27×0.6=6680.6元
　　变频改造后，日节约电费：
　　　　11142.4-6680.6=4461.8元
　　一年以365天为标准计算，年节约电费：
　　　　4461.8×365=1628557元

八、总结
　　淮北矿业集团朱仙庄煤矿西风井经过高压变频器改造之后,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搞了一个大台阶。