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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(guó)第三大煤礦國(guó)有企業(yè)，公司總部位于中國(guó)煤炭重地山西省大同市，擁有煤田面積6157平方公里，總儲(chǔ)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(wàn)t/a。礦井通風(fēng)方式為混合式。開(kāi)拓方式為單水平開(kāi)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(tái)型號(hào)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(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。2#斜井風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)房通風(fēng)機(jī)原來(lái)使用2臺(tái)對(duì)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(shí)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(xiàng)目中，采用2臺(tái)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(tái)風(fēng)機(jī)采取一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。
風(fēng)機(jī)銘牌參數(shù)為：
風(fēng)機(jī)型號(hào)：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(hào)：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(cè)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(jì)過(guò)程中，有些時(shí)候很難計(jì)算管網(wǎng)的阻力，通常總是把系統(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(hào)和系列是有限的，往往選取不到合適的風(fēng)機(jī)型號(hào)時(shí)就往上靠，一般裕度大于20%～30%。因此這些風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，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(mén)或風(fēng)道擋板的開(kāi)度來(lái)滿足生產(chǎn)工藝對(duì)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(shí)，靠調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)或者風(fēng)道擋板的開(kāi)度來(lái)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(guò)程中，風(fēng)機(jī)固有特性不變，僅僅靠關(guān)小風(fēng)門(mén)或擋板的開(kāi)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(guò)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(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)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(guó)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(wú)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(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)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(guò)程中或變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，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(shí)，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(kāi)關(guān)
BPQ：JD-BP37-1000F高壓變頻器
D：800kW/6kV異步電動(dòng)機(jī)

圖1手動(dòng)旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)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(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K2閉合，K3斷開(kāi)時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)K1、K2斷開(kāi)，K3閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。

旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器DL連鎖， DL合閘時(shí)，絕對(duì)不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻輸出隔離開(kāi)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。現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(cè)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(kāi)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(wú)遺漏人員和物品，方可關(guān)閉檢查門(mén)。
2、電器設(shè)備檢查
（1）高壓開(kāi)關(guān)柜各部螺絲接線緊固，無(wú)變色和冒火痕跡，手車(chē)操作靈活，閉鎖動(dòng)作可靠，各種保護(hù)動(dòng)作準(zhǔn)確無(wú)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(wú)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(wú)變色。
（6）各繼電器整定值合理、動(dòng)作可靠，儀表指示準(zhǔn)確。
（7）溫度巡檢儀及溫度報(bào)警裝置性能穩(wěn)定、工作可靠。
5.1.2啟動(dòng)操作（以啟動(dòng)1#風(fēng)機(jī)為例）
1、先把1#風(fēng)機(jī)蝶形門(mén)打開(kāi)，把2#風(fēng)機(jī)蝶形門(mén)關(guān)閉；
2、先接通1、2號(hào)變頻器的控制電源(合控制柜小型斷路器QF1,合UPS開(kāi)關(guān))；
3、將旁路選擇撥到“手動(dòng)”位置；
4、變頻運(yùn)行時(shí),先關(guān)閉所有柜門(mén)，置“分?jǐn)唷睓n，合K2，合K1(隔離開(kāi)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(dòng)聲，指示燈亮，說(shuō)明可以操作，將鎖栓拉出，然后再操作隔離開(kāi)關(guān))，然后置“工作”檔，再將對(duì)應(yīng)高壓柜合上(先將斷路器手車(chē)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(mén)選擇開(kāi)關(guān)撥到“本控”或是“遠(yuǎn)控”位置；
⑴本控操作
變頻柜門(mén)上的旋鈕撥到“本控”,兩名司機(jī)分別站在相對(duì)應(yīng)的一和二變頻器柜前同時(shí)撥動(dòng)一、二變頻器上的旋鈕撥到正轉(zhuǎn)位置，一、二級(jí)電機(jī)啟動(dòng)，運(yùn)行到設(shè)定頻率時(shí)，兩級(jí)電機(jī)的輸出電流在100A以內(nèi)，說(shuō)明1#風(fēng)機(jī)已啟動(dòng)。
⑵遠(yuǎn)控操作
①將變頻柜門(mén)上的旋鈕撥到“遠(yuǎn)控”,然后司機(jī)到電腦上進(jìn)入操作畫(huà)面,點(diǎn)擊上位機(jī)控制,再點(diǎn)啟動(dòng)1#風(fēng)機(jī)的1級(jí)、2級(jí)電機(jī),風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。
②直接到電腦上進(jìn)入操作畫(huà)面,點(diǎn)上位機(jī)控制,待操作由本控變?yōu)榧貢r(shí),點(diǎn)擊啟動(dòng)1#風(fēng)機(jī)的1級(jí)、2級(jí)電機(jī),風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。
5.1.3停機(jī)步驟
1、同時(shí)將1、2號(hào)變頻柜門(mén)上的旋鈕撥“停止”位置，待頻率降為0Hz；
2、停相對(duì)應(yīng)的高壓開(kāi)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(kāi)啟2#機(jī)的蝶閥；
2、啟動(dòng)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(shí)檢查一次風(fēng)量、負(fù)壓、電動(dòng)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(shí)巡回檢查一次電氣設(shè)備、風(fēng)機(jī)的振動(dòng)情況等。
5.4發(fā)生下列情況之一時(shí)，主通風(fēng)機(jī)司機(jī)應(yīng)立即進(jìn)行倒機(jī)并報(bào)告隊(duì)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(bào)警。
2、變壓器出現(xiàn)超溫等報(bào)警。
3、變頻器報(bào)故障。
4、任何部位發(fā)生異響又無(wú)法排除（風(fēng)機(jī)內(nèi)出現(xiàn)異響或嚴(yán)重振動(dòng)）。
5、電機(jī)電流或電壓超過(guò)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(xiàng)
1、主通風(fēng)機(jī)因事故或其它原因全部停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必須打開(kāi)防爆門(mén)，實(shí)行自然通風(fēng)；再次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)必須待風(fēng)機(jī)停穩(wěn)后，方可再次啟動(dòng)；
2、主通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，嚴(yán)禁打開(kāi)各檢查門(mén)、孔，防止意外事故；
3、嚴(yán)禁高壓電未斷的時(shí)候，切斷變頻器的控制電源。
6現(xiàn)場(chǎng)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(mén)全部打開(kāi)，用戶根據(jù)所需風(fēng)量風(fēng)壓實(shí)時(shí)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。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，1#風(fēng)機(jī)的前后兩級(jí)電機(jī)采用高壓變頻器分別獨(dú)立控制，可以有效避免喘振現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試1#風(fēng)機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)如下。一級(jí)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(jí)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(chǎng)照片如圖4所示。

 
 
圖4 高壓變頻器人機(jī)界面現(xiàn)場(chǎng)照片

概括來(lái)說(shuō)，通風(fēng)機(jī)采用高壓變頻器有以下效果：
（1）變頻起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有任何沖擊。由于變頻器改造后風(fēng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)變頻軟起動(dòng)，避免了起動(dòng)電流的沖擊。
（2）按需調(diào)節(jié)風(fēng)量，避免浪費(fèi)。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(mén)來(lái)調(diào)節(jié)，而是由變頻器通過(guò)變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)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(fèi)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)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(zhǎng)使用壽命。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)的大部分工作時(shí)間都在較低的速度下運(yùn)行，潤(rùn)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(huì)大大延長(zhǎng)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(jí)電機(jī)的喘振現(xiàn)象。在調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前后級(jí)電機(jī)在40Hz左右運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)前、后級(jí)電機(jī)波動(dòng)較大，當(dāng)風(fēng)機(jī)一級(jí)電機(jī)運(yùn)行頻率43Hz，二級(jí)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(jiǎn)單，使用方便。
7結(jié)束語(yǔ)
      大同煤礦集團(tuán)焦家寨礦通風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)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(gè)大臺(tái)階。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排工作的越來(lái)越重視，煤礦企業(yè)通過(guò)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。