摘 要：本文介紹了東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司高壓大功率變頻器在煤礦行業(yè)要害設(shè)備上的成功應(yīng)用，通過改造，達(dá)到節(jié)能的效果。
　　關(guān)鍵詞：高壓變頻器 煤礦 瓦斯泵
　　Abstract: This text introduced Dong Fang Hitachi (CD) Electric Control Equipments Co.,Ltd the high- voltage inverter in the success of the coal mine profession vital part equipments application, pass the reformation, attain the result of economy energy.
　　Key words: high-voltage inverter coal mine gas pump
　　一、 前 言
　　老虎臺礦座落在素有“煤都”之稱的撫順東部 ,是撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司下屬的重點煤礦。井田面積10平方公里，開采于1901年，至今已有百年開采歷史。截止2004年末，可采儲量5562 .8 萬噸，礦井設(shè)計能力由建國初期的 30萬噸 建成年產(chǎn) 320萬噸的大型礦井，采煤機(jī)械化程度為100%。建國以來累計生產(chǎn)煤炭1.619億噸，上繳利潤29.154 億元，成為撫順礦業(yè)集團(tuán)的支柱企業(yè)。老虎臺礦現(xiàn)有在籍員工7869 人，主導(dǎo)產(chǎn)品為二級精煤，副產(chǎn)品為八級精煤和五級中塊，其性能具有低硫、低灰的氣煤， 發(fā)熱量為 22.99 — 25千焦耳之間， 是優(yōu)質(zhì)的工業(yè)動力煤和生活用煤，煤炭主要銷往鞍鋼、本鋼等地，煤氣作為副產(chǎn)品 原只供于本地區(qū)和市內(nèi)，現(xiàn)向沈陽部分地區(qū)供氣，年供氣量將達(dá)到 8000多萬m3 以上。
　　
　　圖1 老虎臺礦
　　二、 煤礦高壓變頻器改造的可行性分析
　　 主扇風(fēng)機(jī)在煤礦生產(chǎn)中有著重要的地位，隨著開采和掘進(jìn)的不斷延伸，巷道延長，盡管風(fēng)量基本不變，但井下所需的風(fēng)壓要求卻不斷增加，風(fēng)機(jī)需用功率也隨之增加。根據(jù)反風(fēng)及開采后期運行狀況來確定的主扇風(fēng)機(jī)及拖動電動機(jī)的功率通常遠(yuǎn)大于煤礦長期開采所需的正常運行功率。存在以下幾個問題:
　　2.1、電能的嚴(yán)重浪費
　　 大型煤礦的服務(wù)年限大多在幾十年以上，投產(chǎn)初期到井田穩(wěn)定開采一般在十年以上，這就以為在主扇風(fēng)機(jī)設(shè)計上余量特別大，說明在相當(dāng)長的時間主扇風(fēng)機(jī)一直處在較輕負(fù)載下運行。由于煤礦主扇風(fēng)機(jī)一般采用檔板調(diào)節(jié)，因此造成能源浪費，增加了生產(chǎn)成本。
　　2.2、 啟動困難，機(jī)械損傷嚴(yán)重
　　 主扇風(fēng)機(jī)采用直接啟動，啟動時間長，啟動電流大，對電動機(jī)的絕緣有著較大的威脅，嚴(yán)重時甚至燒毀電動機(jī)。而高壓電動機(jī)在啟動過程中所產(chǎn)生的單軸轉(zhuǎn)矩現(xiàn)象使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生較大的機(jī)械振動應(yīng)力，嚴(yán)重影響到電動機(jī)、風(fēng)機(jī)及其它機(jī)械的使用壽命。
　　2.3、自動化程度低
　　 主扇風(fēng)機(jī)依靠人工調(diào)節(jié)檔板，更不具備風(fēng)量的自動實時調(diào)節(jié)功能，自動化程度低。在故障狀態(tài)下，如風(fēng)流短路，將對礦井正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。
　　 為了礦井的安全生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本，提升該煤礦的自動化水平，對主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造具有非常重要的意義。
　　三、 設(shè)備選型及特點
　　交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、慣量小、維護(hù)方便，可在惡劣環(huán)境中運行，容易實現(xiàn)大容量化，高壓化、高速化、價格低廉。
　　3.1、調(diào)速方案比較
　　 從節(jié)能的角度，交流電動機(jī)的調(diào)速裝置可以分為高效調(diào)速裝置和低效調(diào)速裝置兩大類。高效調(diào)速裝置的特點是：調(diào)速時基本保持額定轉(zhuǎn)差，不增加轉(zhuǎn)差損耗，或可以將轉(zhuǎn)差動率回饋至電網(wǎng)。低效調(diào)速裝置的特點是：調(diào)速時改變轉(zhuǎn)差，增加轉(zhuǎn)差損耗，下面通過機(jī)械特性、調(diào)速范圍、節(jié)能效果、故障處理、投資成本、維護(hù)保養(yǎng)、可靠性、性能等方面做個詳細(xì)比較。
　　各種交流電機(jī)調(diào)速方式比較如下圖
　　
　　調(diào)速方案 轉(zhuǎn)子串電阻 定子調(diào)速 電磁調(diào)速 液力偶合器 變極調(diào)速 串級調(diào)速 變頻調(diào)速
　　調(diào)速方式
　　改變轉(zhuǎn)子
　　附加電阻
　　改變輸入
　　電壓
　　n∝f(ld)
　　改變勵磁電流
　　n∝f(0il)
　　改變供油量 n = 60fp (1—s)
　　變極對數(shù)P n =1-kconβ
　?。↘=1—S）
　　改變逆變角 n = 60fp (1—s)
　　改變電網(wǎng)頻率
　　和電壓
　　
　　
　　機(jī)械特性 n
　　
　　
　　n0
　　M
　　 0 n
　　
　　
　　n0
　　M
　　 0 n
　　 Id
　　 增大
　　n0
　　 M
　　0 n
　　 0il
　　 增大
　　n0
　　M
　　0
　　
　　n1
　　n2
　　M
　　0 n
　　 β減小
　　
　　
　　 M
　　 0 n
　　 增大
　　
　　
　　 M
　　 0
　　調(diào)速范圍% 100～50 100～80 97～20 97～30 100，50，0 100～40 100～0
　　節(jié)能效果 一般,η=1-S 一般,η=1-S 一般,η=1-S 一般,η=1-S 優(yōu),η優(yōu) 一般 優(yōu),η優(yōu)
　　功率因數(shù) 優(yōu) 良好 良好 良好 良好 差 優(yōu)
　　快速性 差 快 快 差 快 快 快
　　故障處理 停車處理 可投工頻 停車處理 停車處理 停車處理 停車處理 不停車，投工頻
　　使用范圍 新老企業(yè) 新老企業(yè) 新建企業(yè) 新建企業(yè) 新建企業(yè) 新企業(yè) 新老企業(yè)
　　外圍要求 繞線電阻 無 電磁離合器 水冷油系統(tǒng) 無 繞線型電機(jī) 無
　　初投資 較省 省 省 一般 最省 較貴 較貴
　　維護(hù)保養(yǎng) 易 易 較易 不易 最易 較難 易
　　可靠性 可靠 可靠 一般 一般 可靠 較差 最可靠
　　對電網(wǎng)干擾 無 大 無 無 無 較大 稍有或無
　　性能 好 不好 一般 有共振問題 好 較好 最好
　　
　　通過比較，高壓變頻調(diào)速以節(jié)能效果明顯，調(diào)速范圍寬，維護(hù)保養(yǎng)簡單，可靠性明顯高于其他調(diào)速裝置，是目前國際、國內(nèi)高壓電機(jī)調(diào)速的發(fā)展趨勢，雖然前期投資比起其他的調(diào)速裝置昂貴，但是從長遠(yuǎn)角度考慮，投資回報率非常高。撫順煤礦老虎臺礦通過充分的論證、分析，最終決定對該廠的抽出井下空氣的主扇風(fēng)機(jī)調(diào)速和中央瓦斯泵調(diào)速均采用高壓變頻調(diào)速，通過國內(nèi)外幾家高壓變頻器廠商的比較，最終選用的是東方日立（成都）電控設(shè)備有限生產(chǎn)的DHVECTOL-DI系列變頻器。
　　3.2、東、西主扇風(fēng)機(jī)高壓變頻方案的選擇
　　 老虎臺礦東、西主扇風(fēng)機(jī)分別配置三臺高壓電機(jī)，兩套風(fēng)機(jī)。其中的1600kW電機(jī)和630kW電機(jī)帶一臺風(fēng)機(jī)，中間通過連軸器連接，如果其中一臺電機(jī)故障，解開對輪，接上另外一臺電機(jī)，從而保證井下通風(fēng)。
　　考慮到井下通風(fēng)的連續(xù)性，在變頻改造之前一般的運行方式是其中一臺風(fēng)機(jī)運行，另外一臺聯(lián)動，輪換的時候都是另外一臺運行起來，再停其中一臺。為了提高變頻器的利用率，所以在高壓變頻器設(shè)計方案里保證了1年365天都能運轉(zhuǎn)。
　　(1)、正常情況下變頻器帶動1050kW電機(jī)運行，變頻器運行中故障直接聯(lián)動變頻風(fēng)機(jī)，如果聯(lián)動不成功，變頻器發(fā)出聯(lián)動失敗信號，在啟動630kW電機(jī)工頻運行。
　　(2)、KM1和KM2同工頻運行的小車開關(guān)互鎖；
　　3.3、中央瓦斯抽放泵高壓變頻方案的選擇
　　瓦斯抽放泵是用于煤礦在地面集中抽放井下瓦斯的一種專用安全裝備，其特點是能有效地抽出部分或大部分煤層解吸瓦斯，減輕礦井通風(fēng)負(fù)擔(dān)，同時將抽出的瓦斯輸送到居民區(qū)，中央瓦斯泵站共配置4臺瓦斯泵，兩用兩備，定期切換。
　　 瓦斯泵的可靠性要求非常高，運行中一臺故障聯(lián)動另外一臺，在改造方案中充分的考慮到安全性，做出如圖5所示的方案
　　 （1）、正常情況下，變頻器帶一臺瓦斯泵運行，如果在運行中變頻器出現(xiàn)故障直接聯(lián)動變頻泵工頻運行，聯(lián)動失敗，發(fā)出聯(lián)動失敗信號直接啟動另外一臺工頻泵運行；
　　 （2）、QF2與QF3和QF4互鎖；
　　3.4、遠(yuǎn)程通訊方案的選擇
　　 為了保證煤礦的安全生產(chǎn)，煤礦調(diào)度室需要時時監(jiān)控井下人員安全情況以及煤礦所有設(shè)備的安全運行情況，同時按照各個專業(yè)的劃分，機(jī)電廠和保安區(qū)也分別要時時監(jiān)控主扇風(fēng)機(jī)和瓦斯泵的運行狀況，做出如圖6系統(tǒng)通訊方案。
　　注：東、西風(fēng)扇變頻器的信號傳送到機(jī)電廠監(jiān)視，瓦斯泵站變頻器的信號送到保安區(qū)監(jiān)視。機(jī)電廠和保安區(qū)再將信號送到礦調(diào)度。保證了所監(jiān)視的數(shù)據(jù)能在礦調(diào)度、機(jī)電廠、保安區(qū)同時顯示。
　　3.5、DHVECTOL-DI變頻器特點
　　 (1)、輸入諧波小，高功率因數(shù)；
　　 (2)、高效率，高可靠性；
　　 (3)、電機(jī)實現(xiàn)軟啟動，無沖擊電流，保護(hù)了電機(jī)，降低維護(hù)電機(jī)費用；
　　 (4)、單元旁路功能，保證了運行的可靠性；
　　 (5)、瞬時停電再啟動功能，不會因為電網(wǎng)的波動造成變頻器停機(jī)；
　　 (6)、通用的通訊借口；
　　 (7)、完善的運行記錄和系統(tǒng)自診斷能力。
　　四、 項目實施情況
　　該項目2005年9月29日采購，2005年11月27日設(shè)備運抵現(xiàn)場，2005年12月7日開始安裝東、西主扇風(fēng)機(jī)變頻器，2005年12月21日開始調(diào)試變頻器主體部分，2005年12月29日開始調(diào)試遠(yuǎn)程通信，2006年1月9日完成所有調(diào)試，投入生產(chǎn)運行，1月12日順利通過72小時生產(chǎn)考核運行，通過一個月的運行考核，初步估算節(jié)能達(dá)到40%以上。
　　五、 結(jié)束語
　　 我國是世界上的產(chǎn)煤大國，又是能源貧乏的國家之一，而且也是噸煤電耗比較高的國家。我們要創(chuàng)造出一條以低能耗實現(xiàn)現(xiàn)代化的新路,節(jié)能降耗是明智之舉。通過實際應(yīng)用也表明，高壓變頻器的應(yīng)用于煤礦系統(tǒng)改造能取得良好的運行效果和經(jīng)濟(jì)效益。在國家倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會的大好形勢下，煤礦行業(yè)高壓變頻改造也是刻不容緩的。