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1引言

大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司（同煤集團(tuán)），是中華人民共和國第三大煤礦國有企業(yè),，公司總部位于中國煤炭重地山西省大同市,，擁有煤田面積6157平方公里，總儲量892億噸,。焦家寨井田位于山西寧武煤田東北部,，地處山西省原平市境內(nèi)，軒崗礦區(qū)南西,，始建于1958年7月,，礦井核定生產(chǎn)能力為150萬t/a。礦井通風(fēng)方式為混合式,。開拓方式為單水平開拓,，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，主立井,、副立井進(jìn)風(fēng),，1#斜井和2#斜井回風(fēng)。

1#斜井風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)房安設(shè)兩臺型號為FBDZ-10№28的軸流式通風(fēng)機(jī)，電機(jī)額定功率為2×450kW,，一臺運(yùn)行,，一臺備用。2#斜井風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)房通風(fēng)機(jī)原來使用2臺對旋風(fēng)機(jī),，采用一用一備,，電機(jī)功率為450kW，轉(zhuǎn)速740r／min,，電壓為6000V,，原風(fēng)機(jī)為八十年代中期安裝使用，磨損嚴(yán)重,，漏風(fēng)嚴(yán)重,，維護(hù)量大，影響了煤礦通風(fēng)安全,。為了實現(xiàn)礦用通風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,，焦家寨煤礦領(lǐng)導(dǎo)在2013年煤礦技改項目中，采用2臺FBCDZ№34的軸流式通風(fēng)機(jī)更換2#斜井原有通風(fēng)設(shè)備,。兩臺風(fēng)機(jī)采取一臺運(yùn)行,，一臺備用。
風(fēng)機(jī)銘牌參數(shù)為：
風(fēng)機(jī)型號：FBCDZ№34
風(fēng)量：160～320m3/s
風(fēng)壓：4750～1700Pa
功率：2×800kW
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速：595r/min
電機(jī)型號：YBF710M1-10
額定電壓：6000V
額定電流：100A
轉(zhuǎn)速：595r/min

2#斜井風(fēng)機(jī)服務(wù)于521采區(qū),，風(fēng)機(jī)負(fù)壓3610Pa,，風(fēng)量8425 m3/min 。通風(fēng)系統(tǒng)阻力為3065Pa,。風(fēng)機(jī)（521區(qū)）主測路線通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)阻為0.1957 N·S2/M8,。礦井綜合等積孔為5.13m2。該礦通風(fēng)難易程度屬于容易,。通風(fēng)系統(tǒng)自然風(fēng)壓hn2#為48.0Pa,。
2 礦用通風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能研究

礦井通風(fēng)設(shè)計過程中，有些時候很難計算管網(wǎng)的阻力,，通?？偸前严到y(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓裕度作為選型的依據(jù)，但風(fēng)機(jī)的型號和系列是有限的,，往往選取不到合適的風(fēng)機(jī)型號時就往上靠,，一般裕度大于20%～30%。因此這些風(fēng)機(jī)運(yùn)行時,，首先調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)葉到合適角度,，如果風(fēng)機(jī)風(fēng)量不滿足礦井通風(fēng)要求，再調(diào)節(jié)風(fēng)門或風(fēng)道擋板的開度來滿足生產(chǎn)工藝對風(fēng)量的要求,。風(fēng)機(jī)機(jī)械特性為平方轉(zhuǎn)矩特性,，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時,，靠調(diào)節(jié)風(fēng)門或者風(fēng)道擋板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的方法，稱為節(jié)流調(diào)節(jié),。在節(jié)流調(diào)節(jié)過程中,，風(fēng)機(jī)固有特性不變，僅僅靠關(guān)小風(fēng)門或擋板的開度,，人為地增加管路的阻力,，由此增大管路系統(tǒng)的損失，不利于風(fēng)機(jī)的節(jié)能運(yùn)行,。采用變頻調(diào)速控制裝置,，通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要,。風(fēng)機(jī)以調(diào)速控制方式運(yùn)行能耗較省,，綜合效益較高。交流電機(jī)的調(diào)速方式有多種,，變頻調(diào)速是較佳調(diào)速方案,，它可以實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無級調(diào)速,，并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng),，實現(xiàn)恒壓或恒流量的控制。
3風(fēng)光牌JD-BP37-1000F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

山東新風(fēng)光電子公司是國家高新技術(shù)企業(yè),，高壓變頻器以高速DSP為控制核心,，采用無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù),，屬高-高電壓源型變頻器,，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEEE519-1992的諧波標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高,，輸出波形質(zhì)量好,，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器,；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動,、噪音、輸出dv/dt,、共模電壓等問題,，可以使用普通的異步電機(jī)。
JD-BP37-1000F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表1所示,。

4改造主回路控制方案

風(fēng)光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進(jìn)線柜（旁路柜）,、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成,。旁路柜在變頻器維護(hù)過程中或變頻器出現(xiàn)故障時,，將電機(jī)投入到工頻電網(wǎng)運(yùn)行,，保證生產(chǎn)不受影響。變頻運(yùn)行時,，變頻器為電機(jī)提供全面的保護(hù),。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖1所示。

圖1 旁路柜一次回路圖

DL：用戶高壓斷路器
K1,、K2,、K3：高壓變頻器內(nèi)置高壓隔離開關(guān)
BPQ：JD-BP37-1000F高壓變頻器
D：800kW/6kV異步電動機(jī)

圖1手動旁路柜中，共有3個高壓隔離開關(guān),，為了確保不向變頻器輸出端反送電,，K2與K3采用電磁互鎖操動機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)電磁互鎖,。當(dāng)K1,、K2閉合，K3斷開時,，電機(jī)變頻運(yùn)行,；當(dāng)K1、K2斷開,，K3閉合時,，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時變頻器從高壓中隔離出來,，便于檢修,、維護(hù)和調(diào)試。

旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖,， DL合閘時,，絕對不允許操作旁路隔離開關(guān)與變頻輸出隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象,，確保操作人員和設(shè)備的安全?，F(xiàn)場高壓變頻器運(yùn)行如圖2所示。2#斜井主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)如圖3所示,。
 
 
圖2 高壓變頻器運(yùn)行照片
 
圖3  2#斜井主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)

5  2#斜井主通風(fēng)機(jī)操作規(guī)程
5.1運(yùn)行操作
5.1.1開機(jī)前運(yùn)行檢查
1,、內(nèi)部檢查：風(fēng)機(jī)內(nèi)部檢查需經(jīng)帶班司機(jī)同意后，方可進(jìn)入,。檢查完畢,，全部人員撤出，經(jīng)核查,，無遺漏人員和物品,，方可關(guān)閉檢查門。
2,、電器設(shè)備檢查
（1）高壓開關(guān)柜各部螺絲接線緊固,，無變色和冒火痕跡,，手車操作靈活，閉鎖動作可靠,，各種保護(hù)動作準(zhǔn)確無誤,。
（2）變壓器接線緊固，不超溫,。
（3）低壓配電柜操作手柄操作靈活,，接線螺絲完整齊全，無變色及冒火痕跡,，各儀表及指示燈指示準(zhǔn)確,。
（4）電氣設(shè)備接地正常、可靠,。
（5）變頻器內(nèi)各部螺絲緊固,、齊全、無變色,。
（6）各繼電器整定值合理,、動作可靠，儀表指示準(zhǔn)確,。
（7）溫度巡檢儀及溫度報警裝置性能穩(wěn)定,、工作可靠。
5.1.2啟動操作（以啟動1#風(fēng)機(jī)為例）
1,、先把1#風(fēng)機(jī)蝶形門打開,，把2#風(fēng)機(jī)蝶形門關(guān)閉；
2,、先接通1、2號變頻器的控制電源(合控制柜小型斷路器QF1,合UPS開關(guān)),；
3,、將旁路選擇撥到“手動”位置；
4,、變頻運(yùn)行時,先關(guān)閉所有柜門,，置“分?jǐn)唷睓n，合K2,，合K1(隔離開關(guān)的操作方法：按住電磁鎖的紅色按鈕,，電磁鎖發(fā)出震動聲，指示燈亮,，說明可以操作,，將鎖栓拉出，然后再操作隔離開關(guān)),，然后置“工作”檔,，再將對應(yīng)高壓柜合上(先將斷路器手車搖至工作位置,然后合斷路器,合閘指示燈亮,電壓顯示正常),變頻器柜高壓帶電顯示裝置的三相指示燈亮,，變頻器處于就緒狀態(tài)。
5,、根據(jù)需要,將變頻柜門選擇開關(guān)撥到“本控”或是“遠(yuǎn)控”位置,；
⑴本控操作
變頻柜門上的旋鈕撥到“本控”,兩名司機(jī)分別站在相對應(yīng)的一和二變頻器柜前同時撥動一、二變頻器上的旋鈕撥到正轉(zhuǎn)位置,，一,、二級電機(jī)啟動，運(yùn)行到設(shè)定頻率時,，兩級電機(jī)的輸出電流在100A以內(nèi),，說明1#風(fēng)機(jī)已啟動。
⑵遠(yuǎn)控操作
①將變頻柜門上的旋鈕撥到“遠(yuǎn)控”,然后司機(jī)到電腦上進(jìn)入操作畫面,點擊上位機(jī)控制,再點啟動1#風(fēng)機(jī)的1級,、2級電機(jī),風(fēng)機(jī)啟動,。
②直接到電腦上進(jìn)入操作畫面,點上位機(jī)控制,待操作由本控變?yōu)榧貢r,點擊啟動1#風(fēng)機(jī)的1級、2級電機(jī),風(fēng)機(jī)啟動,。
5.1.3停機(jī)步驟
1,、同時將1、2號變頻柜門上的旋鈕撥“停止”位置,，待頻率降為0Hz,；
2、停相對應(yīng)的高壓開關(guān)柜,，分閘指示燈亮,；
3、停UPS,停QF1,。
5.2倒機(jī)步驟（以停1#機(jī)倒為2#機(jī)例）
1,、待1#機(jī)停穩(wěn)后，關(guān)閉1#機(jī)的蝶閥,，開啟2#機(jī)的蝶閥,；
2、啟動2#風(fēng)機(jī),，步驟和1#風(fēng)機(jī)相同,。
5.3主通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的檢查
1、每小時檢查一次風(fēng)量,、負(fù)壓,、電動機(jī)電流、電壓,，變頻器的電流,、電壓、頻率及各部溫度等并將檢查結(jié)果填入記錄本內(nèi),。
2,、每小時巡回檢查一次電氣設(shè)備,、風(fēng)機(jī)的振動情況等。
5.4發(fā)生下列情況之一時,，主通風(fēng)機(jī)司機(jī)應(yīng)立即進(jìn)行倒機(jī)并報告隊領(lǐng)導(dǎo)和調(diào)度室,，要求派人檢查處理。
1,、軸承溫度,，電機(jī)溫度出現(xiàn)超溫報警。
2,、變壓器出現(xiàn)超溫等報警,。
3、變頻器報故障,。
4,、任何部位發(fā)生異響又無法排除（風(fēng)機(jī)內(nèi)出現(xiàn)異響或嚴(yán)重振動）。
5,、電機(jī)電流或電壓超過允許值,。
6、上位機(jī)上風(fēng)量,、負(fù)壓等數(shù)值有異常變化,。
5.5其他安全注意事項
1、主通風(fēng)機(jī)因事故或其它原因全部停止運(yùn)轉(zhuǎn)時,，必須打開防爆門,，實行自然通風(fēng)；再次啟動風(fēng)機(jī)時必須待風(fēng)機(jī)停穩(wěn)后,，方可再次啟動,；
2、主通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中,，嚴(yán)禁打開各檢查門,、孔，防止意外事故,；
3、嚴(yán)禁高壓電未斷的時候,，切斷變頻器的控制電源,。
6現(xiàn)場應(yīng)用情況

焦家寨煤礦通風(fēng)機(jī)選用JD-BP37-1000F風(fēng)光變頻器4套，于2013年7月2日變頻器一次性投運(yùn)成功,，至今運(yùn)行正常,。變頻運(yùn)行后，風(fēng)門全部打開,，用戶根據(jù)所需風(fēng)量風(fēng)壓實時調(diào)節(jié)變頻器頻率,，進(jìn)而調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況,。不僅完全滿足煤礦生產(chǎn)工藝要求，而且用戶操作非常方便?，F(xiàn)場調(diào)試中發(fā)現(xiàn),，1#風(fēng)機(jī)的前后兩級電機(jī)采用高壓變頻器分別獨立控制，可以有效避免喘振現(xiàn)象?，F(xiàn)場測試1#風(fēng)機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)如下,。一級電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，運(yùn)行頻率：43Hz,，變頻輸入電流：40.3A,，輸入電壓：6.22kV，輸出電壓：5.35kV,，輸出電流：75.3A,；二級電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，運(yùn)行頻率：39Hz,，變頻輸入電流：45.3A,，輸入電壓：6.31kV，輸出電壓：4.92kV,，輸出電流：76.5A,。人機(jī)界面現(xiàn)場照片如圖4所示。

 
 
圖4 高壓變頻器人機(jī)界面現(xiàn)場照片

概括來說,，通風(fēng)機(jī)采用高壓變頻器有以下效果：
（1）變頻起動對電網(wǎng)沒有任何沖擊,。由于變頻器改造后風(fēng)機(jī)可以實現(xiàn)變頻軟起動，避免了起動電流的沖擊,。
（2）按需調(diào)節(jié)風(fēng)量,，避免浪費。進(jìn)行變頻改造后,，風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量不再需要由風(fēng)門來調(diào)節(jié),，而是由變頻器通過變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)范圍可以從0%～100%,；因而可以根據(jù)井下生產(chǎn)需要隨意調(diào)節(jié)風(fēng)量,，減少了不必要的浪費。經(jīng)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)計算,，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時比工頻運(yùn)行相比,，節(jié)電率高達(dá)46.4%。
（3）降低風(fēng)機(jī)工作強(qiáng)度,，延長使用壽命,。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)的大部分工作時間都在較低的速度下運(yùn)行，潤滑條件改善,，因而大大降低了風(fēng)機(jī)工作的機(jī)械強(qiáng)度和磨損,，將會大大延長風(fēng)機(jī)的使用壽命。
（4）保證了風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行,，避免了風(fēng)機(jī)前后級電機(jī)的喘振現(xiàn)象,。在調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前后級電機(jī)在40Hz左右運(yùn)行時,，風(fēng)機(jī)前,、后級電機(jī)波動較大，當(dāng)風(fēng)機(jī)一級電機(jī)運(yùn)行頻率43Hz,，二級電機(jī)運(yùn)行頻率39Hz,，可以滿足礦井通風(fēng)要求，風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),。
（5）監(jiān)控界面全為純中文操作,，操作簡單，使用方便,。
7結(jié)束語
      大同煤礦集團(tuán)焦家寨礦通風(fēng)機(jī)經(jīng)過變頻改造之后,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(chǎn)成本,，其中變頻技術(shù)起到了關(guān)鍵作用,。