摘要:本文主要介紹了風光低壓大功率變頻器在寧煤集團棗泉煤礦主扇風機中的應用情況。改造情況表明，用戶選用變頻器對主扇風機進行調速控制，具有顯著的節(jié)電效果和社會效益。

關鍵詞：風光牌變頻器煤礦主扇風機節(jié)能

1引言

神華寧夏煤業(yè)集團公司（以下簡稱寧煤集團）作為神華集團的下屬單位，是國家級重點開發(fā)區(qū)——寧東能源化工基地建設的主力軍。棗泉煤礦是寧煤集團的下屬單位之一，該礦地處鄂爾多斯臺緣褶帶東側、馬家灘臺陷中的磁萌斷褶帶北部，是國內一流現(xiàn)代化高產高效特大型礦井，是寧東基地的一顆耀眼明珠。

本礦井為低瓦斯礦井，各開采煤層均屬容易自燃煤層，根據(jù)礦井開拓布置，通風系統(tǒng)采用中央并列抽出式通風，主副斜井進風，專用斜風井回風。礦井所需風量，通風容易時期和困難時期均為110m3/s；礦井所需負壓，通風容易時期為555.7Pa；通風困難時期為1236.5Pa。本礦井采用機械通風，在地面工業(yè)廣場內設有回風井，其出口處設有通風機。

2礦井通風機控制系統(tǒng)選型

2.1礦井通風設備方案

根據(jù)礦井通風要求，設計對離心式和軸流式通風設備進行了分析比較，離心式通風機雖然具有全壓效率高，噪音小，設備投資少的優(yōu)點，但存在占地面積大，土建工程量大，需建反風道，反風繁瑣，系統(tǒng)總投資高，動壓損失大，運行電耗高，綜合運營費用多等缺點，因此設計不予推薦。

對于軸流式通風設備，根據(jù)礦井所需的風量和負壓，通風機的設計風量和負壓分別為：

QF=1.1×110=121（m3/s）

HF易=555.7+100+150=805.7（Pa）

HF難=1236.5+100+150=1486.5（Pa）

考慮通風設施漏風和各種阻力損失后，設計對適宜本礦井的多種風機進行了方案比較，詳見表1礦井通風設備方案比較表。

方案一選用的BDK型風機為高效、節(jié)能、低噪音煤礦專用防爆軸流式通風機，是行業(yè)節(jié)能推廣產品。目前該風機已在國內礦井得到大量應用，其兩級葉輪既是工作輪又互為導葉，較少了能量損失，提高了風機運行效率（最高靜壓效率可達90%），且高效區(qū)域寬廣，任何阻力下均可穩(wěn)定運行；設有穩(wěn)流裝置使性能曲線無駝峰，有效地消除了喘振；可用一臺電機帶單級葉輪運行，以適應礦井不同時期的通風要求，避免大馬拉小車現(xiàn)象；該風機配帶風門、消音器、擴散筒，安裝簡單、施工周期短，維護工作量小；風機能反轉反風，不需設返風道，土建工程量??；設備振動小，不需設風機基礎，風機和擴散器均安裝在軌道上，即可長期運行，系統(tǒng)總投資小，年電耗小，運行費用低。

方案二選用的2K56型軸流式通風機，是沈陽鼓風機廠專門為煤礦設計制造的軸流式通風機，可直接反轉反風，不需要調整風機任何裝置，為了跟蹤監(jiān)測風機的振動情況，軸承座上配有測振用底座，可以配套供應測振儀，但該方案需要建設風機房、風機基礎和擴散塔等，風道較長，占地面積大，安裝調試復雜，中間軸太長易變形，施工周期長，配套設備多，維護量較大；維護量較大；總投資較高，綜合營運費也高，故設計不予推薦。

方案三選用的ANN型軸流式礦井通風機是引進外國的新產品，代表著世界通風設備的先進技術，其性能曲線準確，結構設計合理，靜壓效率高，制造質量好，所有葉片都單獨進行了精確平衡，葉片互換性好；設有防喘振環(huán)，有效地防止了風機喘振；該風機維護量小，噪音低，風機、風門采用危機自動控制，風機可在葉片零角度下起動，起動平穩(wěn)，動態(tài)下能根據(jù)礦井通風需要自動調整葉片角度，并配帶消音器、轉換風門及成套電氣控制檢測設備等，自動化程度高，可倒轉反風，反風量大，時間短，但該設備投資大，土建費用較高，總投資多，目前國內煤礦使用還較少，故本設計也不予考慮。

此外，還考慮了GAF型風機方案，該風機為停車動葉可調軸流式通風機，調節(jié)葉片角度方便，其靜壓效率也較高，但該風機初期投資較大，結構復雜，需建設通風機房，土建費用多，占地面積大，配套設備多，總投資高，安裝調試復雜，施工周期長，維護量較大，高校區(qū)較窄，適應范圍小，年運營費用高，且在實際使用中，時有喘振現(xiàn)象發(fā)生，因此設計不予推薦。

經過以上多方案比價可以看出，方案三選用的通風機設備技術最先進，自動化水平最高，年電耗??；方案一所選用的通風設備投資最少，綜合運營費用最低經綜合技術經濟比較，設計推薦靜壓效率較高，高校區(qū)寬廣，土建費用低、系統(tǒng)總投資最少，綜合運營費用最低的的方案一作為本礦通風設備方案。為了提高自動化程度，設計增加了變頻調速額自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2通風設備及變頻器選型

根據(jù)通風設備選型方案和通風機的計算風量和負壓，本礦井通風設備選用BDK-8-N024型對旋式軸流風機2臺，其中1臺工作，1臺備用。每臺通風機配用YBFe-8型專用防爆電動機2臺，電機容量為2×132kW，電壓為380V。變頻器選用新風光電子科技股份有限公司生產的4套低壓通用型變頻器，采用一拖一控制，變頻器型號為：功率160kW，電壓380V。通風機經過變頻拖動控制，達到了預期目的。

3風光低壓通用型變頻器簡介

風光牌380V系列通用型變頻器是新風光電子科技股份有限公司采用全新理念自主開發(fā)的高性能、簡易型、低噪音變頻器。具有DSP矢量控制功能、實用的PI調節(jié)、輕載振蕩抑制、輸入輸出缺相、轉速追蹤啟動、靈活的輸入輸出端子、參數(shù)在線修改、停電和停機參數(shù)存儲、擺頻控制、RS485控制等一系列先進實用的運行、控制功能。為設備制造和終端客戶提供了高集成度的一體化解決方案，對降低系統(tǒng)采購和運營成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大的幫助。

4通風機變頻控制系統(tǒng)

根據(jù)通風機設備選型情況，煤礦安全規(guī)程要求，通風機房的低壓電源，均以雙回路電纜供電，其中一回路工作，一回路備用。電源直接引自礦井變電所。

棗泉煤礦通風系統(tǒng)采用2套風機，一臺運行，一臺備用。在風機主電機回路，設置有變頻調速裝置，采用一拖一控制，共選用4套160kW/380V新風光低壓通用型變頻器，工頻回路采用自耦降壓起動，通風機變頻控制主回路如圖1所示。

通風機變頻控制系統(tǒng)采用可編程程序控制器，對風機、風門等信號進行采集和控制，并可實現(xiàn)風量或風壓閉環(huán)控制，也可手動調節(jié)。當前運行風機系統(tǒng)故障報警并自動啟動備用設備（例如：1、當1號風機發(fā)生故障，系統(tǒng)接到故障信號后可以自動停止1號風機-關閉1號風門-開啟2號風門-啟動2號風機。2、當有緊急事故發(fā)生時，愛指揮中心的授權下，系統(tǒng)將立即停止風機正轉運行、并反向啟動風機在最短的時間內實現(xiàn)反風。3、當?shù)V井瓦斯超限時，系統(tǒng)在接到瓦斯超限信號后風機會自動開到全速盡快排除瓦斯，然后自動恢復到標準狀態(tài)運行等自動控制功能）。

系統(tǒng)設置有工控計算機作為上位機，具有故障自診斷、流量、負壓、通風機運行工況、風門狀態(tài)等通風參數(shù)、控制系統(tǒng)狀態(tài)、低壓電源回路等的連續(xù)實時顯示以及報表打印功能，便于通風系統(tǒng)的測試和通風事故的預測及分析處理，保證通風機運行的安全可靠性，同時，為礦井的通風調度提供了條件。檢測計算機與礦井調度中心計算機聯(lián)網后，通過礦井并調度網絡，相關人員及時了解通風機房情況。

通風機控制系統(tǒng)有手動/集中控制兩種方式，手動方式在配電柜上直接操作；集中方式，通過監(jiān)控計算機實現(xiàn)。

圖1通風機主回路控制圖

圖2PLC控制接線圖

5現(xiàn)場應用情況

寧煤集團棗泉煤礦主扇風機選用型號JD-BP32-160F風光變頻器4套，設備2005年一次性投運成功，至今已安全運行10年。變頻運行后，風門全部打開，運行頻率一般40Hz左右，不僅完全滿足煤礦生產工藝要求，而且用戶操作非常方便。變頻器運行穩(wěn)定。變頻器運行參數(shù)記錄如表3所示。

風機采用變頻器控制運行后，輸入電流從工頻運行時電流190.7A下降到變頻運行101.3A左右，風機電機功率從108.35kW下降到68.32kW，節(jié)電率為（108.35kW-68.32kW）/108.35kW=36.94%。

主扇風機變頻控制的其他優(yōu)點：

(1)采用變頻器后啟動風機時可以實現(xiàn)變頻軟啟動，避免了啟動電流對電網及控制設備的沖擊，可以有效地延長電氣設備的使用周期。

(2)按需調節(jié)風量，調速范圍寬且調速精度高，避免浪費。風機的風量不再需要通過改變葉片角度來調節(jié)，而是由變頻器通過調節(jié)電機的轉速來實現(xiàn)，調節(jié)線性度好，因而可以根據(jù)井下生產需要隨時調節(jié)風量，避免了浪費。

(3)降低了風機的工作強度，延長了使用壽命。風機的大部分時間工作在低速狀態(tài)下，因而大大降低了風機的機械強度和電氣沖擊，大大延長了風機壽命，提高了風機的安全運行系數(shù)和運行周期。

(4)變頻器具有短路、過載、過壓、欠壓、缺相等各種保護，有效地保護了電機。

(5)改善了現(xiàn)場工作環(huán)境，變頻控制降速運行，風機噪聲大大降低，深受現(xiàn)場工作人員的歡迎。

(6)減少了反風中的操作環(huán)節(jié)，工頻反風需要操作系統(tǒng)工序繁多，而且容易出現(xiàn)倒錯風門的事故?，F(xiàn)在使用變頻器控制后，反風時極其簡單，減少了工作量，降低了操作過程中的故障率。

6結束語

寧煤集團棗泉煤礦主扇風機經過變頻控制之后，不僅達到了良好的節(jié)能效果，并且使整套通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高了一個大臺階。隨著國家對節(jié)能減排工作的越來越重視，煤礦企業(yè)通過各種措施降低生產成本，其中變頻技術起到了關鍵作用，取得了明顯的經濟效益和社會效益，適應了國家建設資源節(jié)約型社會的潮流。

參考文獻

山東新風光電子使用手冊[Z]山東新風光電子科技發(fā)展有限公司。

作者簡介

田利瑞男技術支持工程師，供職于新風光電子科技股份有限公司。

王東新男高級工程師，供職于神華寧夏煤業(yè)集團公司棗泉煤礦。