一、引言 朱仙莊礦位于安徽省淮北平原中部，朱仙莊煤礦西風(fēng)井風(fēng)機(jī)主要擔(dān)負(fù)北部采區(qū)通風(fēng)，要求安全穩(wěn)定性極高，因為主風(fēng)機(jī)一旦停機(jī)，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(jī)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。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設(shè)備損耗。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(hù)、維修費用高居不下。 二、現(xiàn)場技術(shù)參數(shù)： 電動機(jī) 型號：YR1250-10/1430 功率：1250KW 電壓：6000V 電流：146A 額定轉(zhuǎn)速：590轉(zhuǎn)/分 額定轉(zhuǎn)子電壓：1365V 額定轉(zhuǎn)子電流：572A 定子接線方式：Y 轉(zhuǎn)子接線方式：Y 絕緣等級：B 廠家：蘭州電機(jī)廠 出廠日期：1979年12月 離心風(fēng)機(jī) 型號：K4-73-02NO28F 流量：784800米[sup]3[/sup]/小時（1800-10800m[sup]3[/sup]/min） 主軸轉(zhuǎn)數(shù)：580轉(zhuǎn)/分 全壓：392公斤/米[sup]2[/sup]（50～500mmH[sub]2[/sub]O） 電機(jī)容量：1250KW 廠家：沈陽風(fēng)機(jī)廠 出廠日期：1970年10月 設(shè)備布置采用抽出式通風(fēng)方式，配備反風(fēng)道反風(fēng)，扇風(fēng)機(jī)與電動機(jī)設(shè)于主機(jī)房內(nèi)，主機(jī)房為雙層工業(yè)廠房，風(fēng)道為半地下式。吸風(fēng)側(cè)設(shè)兩個立閘門，兩個水平反風(fēng)門，擴(kuò)散器側(cè)兩個水平反風(fēng)門，每個風(fēng)門各用一臺JFM-4型啟閉風(fēng)門絞車進(jìn)行操縱，風(fēng)門絞車采用集中與就地兩種操作方式。 起動方式：電動機(jī)轉(zhuǎn)子串接頻敏電阻器 頻敏電阻器型號為BP1-316-4020 傳動方式：直接傳動 調(diào)節(jié)方式：手動操作風(fēng)門絞車控制立閘門 （改變管路阻力特性曲線） 三、變頻改造前存在的問題： 1.原工礦使用的為轉(zhuǎn)子串電阻啟動方式，啟動不穩(wěn)定，造成了大的機(jī)械沖擊，導(dǎo)致電機(jī)壽命大大降低； 2.轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，控制系統(tǒng)復(fù)雜，故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷容易損壞，維護(hù)工作量大； 3.啟動時電流過大，對電網(wǎng)沖擊很大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性； 4.原工礦調(diào)節(jié)風(fēng)量主要由調(diào)節(jié)風(fēng)門來實現(xiàn)，多余的風(fēng)量全部浪費在風(fēng)門上,造成了嚴(yán)重資源浪費； 5.原工礦無調(diào)速方式，無法實現(xiàn)無級調(diào)速； 6.自動化程度低，影響整體系統(tǒng)安全性； 四、變頻控制方案 1、采用功率單元串聯(lián)多電源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)無級調(diào)速和多速度等級運行，能帶載調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)工況點，滿足主通風(fēng)機(jī)各種運行工況。 2、選用一套6kV變頻裝置，通過切換，可以分別拖動兩臺風(fēng)機(jī)單獨運行，具有一拖二功能。 3、在變頻器故障狀態(tài)下，可切換到工頻狀態(tài)運行； 4、采用變頻的軟啟動技術(shù)，啟動電流小，減少對電網(wǎng)及風(fēng)機(jī)沖擊。 5、具有變頻器工作狀態(tài)在線檢測功能，并能與礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。 6、變頻器采用先進(jìn)的功率單元串聯(lián)疊波技術(shù)，空間矢量控制的正弦波PWM調(diào)制方法，新穎的全中文操作界面和高性能IGBT功率器件，可靠性高、性能優(yōu)越、操作簡便。 7、高質(zhì)量電源輸入：輸入側(cè)隔離變壓器二次線圈經(jīng)過移相，為功率單元提供電源對于6kV而言相當(dāng)于30脈沖不可控整流輸入，消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網(wǎng)側(cè)諧波（尤其是低次諧波）的產(chǎn)生。變頻器引起的電網(wǎng)諧波電壓和諧波電流含量滿足IEEE 519-1992和GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》對諧波含量最嚴(yán)格要求，無需安裝輸入濾波器并保護(hù)周邊設(shè)備免受諧波干擾。正常調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)大于0.96。無需功率因數(shù)補償電容，減少無功輸入，降低供電容量。 8、完美的輸出性能：單元脈寬調(diào)制疊波輸出， 6kV系列每相5個單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美的正弦波。 五、變頻控制特點 1.優(yōu)良的調(diào)速性能，完全滿足生產(chǎn)工藝要求； 2.良好的節(jié)能效果，提高系統(tǒng)運行效率； 3.實現(xiàn)電機(jī)軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護(hù)費用，延長設(shè)備使用壽命； 4.啟動時，最大只有1.3 倍的額定電流，根本不影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。 5.系統(tǒng)安全、可靠，確保風(fēng)機(jī)連續(xù)運行； 6.控制方便、靈活，自動化水平高； 7.輸入諧波含量小，不對電網(wǎng)造成污染；輸出諧波含量低，適合所有改造項目的異步電動機(jī)； 8.實現(xiàn)無級調(diào)速，風(fēng)門全部開，由風(fēng)機(jī)速度調(diào)節(jié)來實現(xiàn)改變風(fēng)量大小，滿足現(xiàn)場工況； 9.界面全為純中文操作，非常符合國人特點； 10.安全保護(hù)功能齊全，除了過壓、過熱、過載、短路等自身保護(hù)功能外，還設(shè)有外圍連鎖保護(hù)系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性； 六、風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng) 1.使用風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)的現(xiàn)實意義 扇風(fēng)機(jī)是煤礦建設(shè)和生產(chǎn)中關(guān)鍵而又重要的設(shè)備，運行的好與壞直接關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，一個比較完善、操作方便的控制系統(tǒng)對其運行的過程進(jìn)行監(jiān)控便顯得十分重要，也是保障風(fēng)機(jī)安全、可靠運行的最佳途徑。針對其重要性，吸收先進(jìn)的控制理念，并針對風(fēng)機(jī)運行的特點，采用風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)，做到安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、操作方便。 2.風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)組成 朱仙莊礦西風(fēng)井安裝2臺大型礦用離心式風(fēng)機(jī)，一用一備。拖動電機(jī)為1250KW的異步繞線式電動機(jī)，采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)：在工頻時通過立閘門的開度調(diào)節(jié)；變頻時通過調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。 電控系統(tǒng)采用了PLC組成的二級分布式計算機(jī)集散式控制系統(tǒng)，在扇風(fēng)機(jī)運行的過程進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)顯示、控制、保護(hù)、報警和管理。系統(tǒng)由操作站（以下簡稱為上位機(jī)）和現(xiàn)場控制站兩部分組成，現(xiàn)場控制站采用S7-300系列的PLC一對一控制。操作站配置了威達(dá)電工控機(jī)：PIV2.4G 512M 80G 52X光驅(qū)；19DELL彩顯；操作系統(tǒng)為WindowsXP； 監(jiān)控組態(tài)軟件采用WINCC6.0組態(tài)軟件。 3、風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)功能  采集各臺扇風(fēng)機(jī)運行的工藝參數(shù)、電器參數(shù)、電氣設(shè)備運行的狀況。  扇風(fēng)機(jī)可由PLC進(jìn)行控制，嚴(yán)格按控制程序進(jìn)行控制，并對扇風(fēng)機(jī)正常切換和故障切換進(jìn)行控制和操作指導(dǎo)；且在控制柜實現(xiàn)硬件閉鎖控制。  在控制站顯示扇風(fēng)系統(tǒng)工藝參數(shù)表、電氣參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)（工作、停止、故障）以及報警參數(shù)表等。  自動建立數(shù)據(jù)庫，對于重要的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)自動生成趨勢曲線。  報表打印功能。  當(dāng)運行風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，利用運行記錄的曲線對故障進(jìn)行分析和處理。  在條件具備時，可實現(xiàn)遠(yuǎn)控，達(dá)到“無人值守”。 4、風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)特點  本系統(tǒng)軟件采用功能強(qiáng)大的組態(tài)軟件開發(fā)，并提供了良好的人機(jī)界面，便于用戶學(xué)習(xí)和操作。  界面友好，各種信息的顯示、查看操作簡單，易學(xué)易用。  數(shù)據(jù)安全性高，穩(wěn)定性好。提供了完善的錯誤中斷提示。  設(shè)置了用戶權(quán)限管理。一般用戶只能查看普通操作，責(zé)任用戶只有將用戶名和密碼登錄后，才能進(jìn)行相關(guān)的操作。 七、節(jié)能計算 按工頻和變頻運行實際電流計算，計算數(shù)據(jù)取2008年技術(shù)測定 工頻運行時，風(fēng)門開度為2m左右，運行電流在96.7A。 工頻運行時功率和耗電： P1= 1.732×6×96.7×0.77=773.78kW N=773.78×24=18570.67kW•h 變頻器運行時，風(fēng)門全開，運行電流在46.6A，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度來滿足風(fēng)量要求。 變頻運行時功率和耗電： P2= 1.732×6×46.6×0.958=463.93kW N=463.93×24=11134.27kWh 節(jié)電率： （18570.67-11134.27）/18570.67=40 % 節(jié)約電費計算： 以電價0.6元/度為標(biāo)準(zhǔn)，工頻24小時耗電費： 18570.67×0.6=11142.4元 變頻24小時耗電量 11134.27×0.6=6680.6元 變頻改造后，日節(jié)約電費： 11142.4-6680.6=4461.8元 一年以365天為標(biāo)準(zhǔn)計算，年節(jié)約電費： 4461.8×365=1628557元 八、總結(jié) 淮北礦業(yè)集團(tuán)朱仙莊煤礦西風(fēng)井經(jīng)過高壓變頻器改造之后,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)定性提搞了一個大臺階.