孫村礦北風(fēng)井變頻改造案例
新汶礦業(yè)集團(tuán)公司孫村煤礦于1948年建礦投產(chǎn),礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬(wàn)噸,現(xiàn)有地質(zhì)儲(chǔ)量1.2億噸,可采儲(chǔ)量8000多萬(wàn)噸,開(kāi)采垂深達(dá)1300米,是目前全國(guó)開(kāi)采最深的礦井之一。建礦50多年來(lái),孫村煤礦共生產(chǎn)原煤4000多萬(wàn)噸,上繳利稅3億多元。最近幾年來(lái),孫村礦積極響應(yīng)國(guó)家倡導(dǎo)的“節(jié)能減排”政策,決定對(duì)包括北風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造。
二、一次回路技術(shù)方案
孫村煤礦現(xiàn)場(chǎng)有兩臺(tái)風(fēng)機(jī),一備一用,并且要求每個(gè)月要調(diào)換一次,以使風(fēng)機(jī)和電機(jī)的運(yùn)行狀況相似,并且現(xiàn)場(chǎng)為雙母線供電,要求通過(guò)增加的變頻器和切換柜,自由切換風(fēng)機(jī)和供電母線,并且在變頻器故障時(shí)可以將變頻器旁路,工頻運(yùn)行。
表一 北風(fēng)井風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)
1#風(fēng)機(jī) | 2#風(fēng)機(jī) | ||
型號(hào) | G4-73-No.28D | 型號(hào) | G4-73-No.28D |
額定流量 | 101-189m3/s | 額定流量 | 101-189m3/s |
額定壓力 | 653-463mmH2O | 額定壓力 | 653-463mmH2O |
軸功率 | 1063kW | 軸功率 | 1063kW |
型號(hào) | YR1250/1430 | 型號(hào) | YR1250/1430 |
額定功率 | 1250kW | 額定功率 | 1250kW |
額定電壓 | 6000V | 額定電壓 | 6000V |
額定電流 | 146A | 額定電流 | 146A |
功率因數(shù) | 0.8 | 功率因數(shù) | 0.8 |
現(xiàn)有調(diào)節(jié)方式 | 入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié) | 現(xiàn)有調(diào)節(jié)方式 | 入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié) |
實(shí)際壓力 | 2990Pa | 實(shí)際壓力 | 2890Pa |
實(shí)際流量 | 132.86 m3/s | 實(shí)際流量 | 129.94 m3/s |
實(shí)際電流 | 97A | 實(shí)際電流 | 93A |
實(shí)際電壓 | 6500V | 實(shí)際電壓 | 6500V |
實(shí)際電功率 | 874kW | 實(shí)際電功率 | 837kW |

三、二次回路技術(shù)方案
可以看出,在這個(gè)操作過(guò)程中稍有不慎,就會(huì)造成變頻器返送電引起變頻嚴(yán)重?fù)p壞的后果,所以應(yīng)在聯(lián)鎖保護(hù)方面做到嚴(yán)密、周全,盡量把每種可能出現(xiàn)的誤操作都考慮到。這可通過(guò)多做了幾個(gè)聯(lián)鎖來(lái)解決,當(dāng)然,這其中包括一些平時(shí)調(diào)試時(shí)的基本聯(lián)鎖。下面作一一介紹。
1、變頻器與變頻進(jìn)線柜的聯(lián)鎖

一般情況下,變頻器的出線不允許接斷路器接觸器之類(lèi)的自動(dòng)分?jǐn)嘣O(shè)備,原因就是在變頻器帶負(fù)載的過(guò)程中,不管電流多大,如果瞬間拉斷負(fù)荷的話,會(huì)產(chǎn)生操作過(guò)電壓,瞬間產(chǎn)生比6KV可能要高很多的電壓,這樣的電壓對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)沒(méi)什么影響,但對(duì)于變頻器來(lái)說(shuō)可能會(huì)造成IGBT損壞。反之,在變頻已經(jīng)有輸出時(shí)再合出線柜,那瞬間的過(guò)電流也會(huì)造成變頻器損壞,所以做連鎖的目的是為了變頻運(yùn)行的情況下既不能合閘也不能分閘。

變頻器與1#2#出線柜的聯(lián)鎖還有:變頻器有故障或非正常停機(jī)時(shí),變頻器自動(dòng)跳1#2#出線柜

將分閘信號(hào)并在運(yùn)行閉鎖前,也是考慮到保護(hù)變頻器的原因。這樣保證在分?jǐn)?#2#出線柜時(shí),變頻器已在無(wú)輸出狀態(tài)。
3、1#與2#出線柜之間的聯(lián)鎖
一是工況不允許兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行,二是考慮到變頻器容量的問(wèn)題,因此1#2#出線柜不能同時(shí)合閘
并在運(yùn)行閉鎖前

4、1#,2#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)板分別對(duì)1#,2#出線柜和變頻進(jìn)線柜的聯(lián)鎖
現(xiàn)場(chǎng)的高壓柜(也叫風(fēng)機(jī)啟動(dòng)板)是一種油開(kāi)關(guān),只要手動(dòng)把油開(kāi)關(guān)的手柄推上去就可以了,當(dāng)有故障時(shí),也只是將故障點(diǎn)接在無(wú)壓釋放的點(diǎn),將油開(kāi)關(guān)中的油卸掉回路斷開(kāi),所以操作回路無(wú)需控制電,這是一種純手動(dòng)的操作,所以按照常規(guī)保護(hù)是無(wú)法做的。但由于對(duì)方保護(hù)回路的電取自電壓互感器變電,只要將風(fēng)機(jī)啟動(dòng)板的上隔離推上去,控制回路即連通了。鑒于這樣的情況,在柜內(nèi)加裝一個(gè)110V的中間繼電器(互感器是6KV變110V),一般情況下,上隔離刀閘是落下來(lái)的,只有工頻啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)才將其投上,所以,只要把上隔離刀閘投上,繼電器就會(huì)動(dòng)作,然后把信號(hào)傳給1#2#出線柜和變頻進(jìn)線柜,將其分?jǐn)啵@樣就有效避免了返送電的誤操作。并且分?jǐn)嗟捻樞蚴窍确謹(jǐn)嘧冾l進(jìn)線柜,變頻器停止運(yùn)行后然后再將1#2#出線柜分?jǐn)?,通過(guò)把分閘信號(hào)并在運(yùn)行閉鎖前,可以保護(hù)變頻器免受操作過(guò)電壓的傷害。
5、1#2#風(fēng)機(jī)頻敏電阻的短接輔助節(jié)點(diǎn)對(duì)變頻進(jìn)線柜的聯(lián)鎖
現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子回路串接了頻敏電阻,以解決風(fēng)機(jī)工頻啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流,等風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行后再將電阻短接,但是用變頻后,頻敏電阻不用再串接進(jìn)去,可以直接將其短接。所以將頻敏電阻的短接輔助節(jié)點(diǎn)與變頻進(jìn)線柜聯(lián)鎖起來(lái),用來(lái)防止變頻初投后操作順序變更引起操作工的不習(xí)慣而忘了先短接頻敏電阻。

四、 節(jié)能計(jì)算分析
1、理論節(jié)電率
1#風(fēng)機(jī)的軸功率為874kW,入口導(dǎo)葉的角度為33.75度,實(shí)際流量132.86 m3/s。流量的百分比為:132.86/189=70.3%,因?qū)嶋H的測(cè)算可能有誤差,估計(jì)流量百分比在70.3%~80%之間,按著80%保守計(jì)算,通過(guò)查表,得出功率減少約20%,因工況的變化,估計(jì)節(jié)能點(diǎn)在15%~25%之間,節(jié)電874*(0.15~0.25)=131.1~218.5kW。
2#風(fēng)機(jī)的軸功率為837kW,入口導(dǎo)葉的角度為33.75度,實(shí)際流量129.94 m3/s。流量的百分比為:129.94/189=68.8%,因?qū)嶋H的測(cè)算可能有誤差,估計(jì)流量百分比在68.8%~80%之間,按著80%保守計(jì)算,通過(guò)查表,得出功率減少約20%,因工況的變頻器,估計(jì)節(jié)能點(diǎn)在15%~25%之間,節(jié)電837*(0.15~0.25)=125. 5~209.25kW。
綜上所述,按節(jié)電為120~190kW左右,按著電費(fèi)為0.58元/度,一年365天計(jì)算,(120~190)*24*365*0.58=60.9~96.5萬(wàn)元。
2、實(shí)際節(jié)電率
變頻器運(yùn)行后,經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的運(yùn)行,在滿(mǎn)足工藝要求的情況下取得了很好的節(jié)電效果,現(xiàn)以1#實(shí)際測(cè)試的用電表數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。
表二 2008年3月26日有功表的讀數(shù)
26日 | 02:00 | 04:00 | 06:00 | 08:00 | 10:00 | 12:00 | 合計(jì) | 備注 |
(度) | 287.5 | 288.1 | 288.7 | 289.3 | 289.9 | 290.5 | | |
26日 | 14:00 | 16:00 | 18:00 | 20:00 | 22:00 | 24:00 | | |
(度) | 291.1 | 291.7 | 292.3 | 292.8 | 293.4 | 294.0 | 7 | 讀數(shù)值 |
27日 | 02:00 | 04:00 | 06:00 | 08:00 | 10:00 | 12:00 | | |
(度) | 294.3 | 294.9 | 295.5 | 296.0 | 296.6 | 297.2 | | |
27日 | 14:00 | 16:00 | 18:00 | 20:00 | 22:00 | 24:00 | | |
(度) | 298.1 | 298.7 | 299.3 | 299.9 | 300.5 | 301.1 | 7 | 讀數(shù)值 |
每天電耗為7*2400=16800kW
單機(jī)電耗為16800kW/24(小時(shí))=700kW
實(shí)際節(jié)電為874 kW -700 kW =174*24*365*0.58=88.4萬(wàn)元
五、結(jié)論
變頻改造以后,由于電動(dòng)機(jī)的變頻軟啟動(dòng)可提供高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩且平滑無(wú)沖擊,避免了在啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子繞組及阻尼繞組承受很高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力,延長(zhǎng)了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命,并且對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有任何的沖擊。另外調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)全開(kāi),使風(fēng)門(mén)工作安全特性變好,通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié),減少了風(fēng)門(mén)的阻力損耗,提高了系統(tǒng)效率。多種因素表明,變頻調(diào)節(jié)方案是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的改造方案。
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