旋軸流式煤礦主通風(fēng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)方案選擇

旋軸流式煤礦主通風(fēng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)方案選擇

0旋軸流式主通風(fēng)機(jī)主通風(fēng)機(jī)是保證煤礦安全的主要通風(fēng)機(jī)械，在保證井安生產(chǎn)方面發(fā)揮著重要作用。由于主通風(fēng)機(jī)功率較大且長期連續(xù)不斷地運(yùn)行,所消耗的電能在礦井中占有很大的比重,故對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行合理調(diào)節(jié),保證通風(fēng)機(jī)的正常、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著十分重要的意義。主通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)可分為機(jī)械調(diào)節(jié)和電氣調(diào)節(jié),變頻調(diào)速作為電氣調(diào)節(jié)的主要方式,以安全可靠、節(jié)能、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢,已成為主通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)的一個(gè)重要方式。其對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、易于調(diào)節(jié)、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)安全、運(yùn)行費(fèi)用低、總投資少等特點(diǎn),在煤礦主通風(fēng)上得到大量的采用。對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)組成,采用變頻調(diào)速時(shí),拖動(dòng)方案靈活多樣,需要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。本文將介紹幾種對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)變頻拖動(dòng)方案,并對(duì)拖動(dòng)方案進(jìn)行分析、對(duì)比,以確保在對(duì)旋軸流式煤礦主通風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),選擇可靠、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的變頻拖動(dòng)方案。1設(shè)計(jì)原則1.1承擔(dān)全部負(fù)荷主通風(fēng)機(jī)房須采用兩回電源線路供電,兩回供電線路應(yīng)來自各自的變壓器和母線段。當(dāng)任一回路停止供電時(shí),另一回路能擔(dān)負(fù)全部負(fù)荷。兩回路電源線路上不應(yīng)分接任何負(fù)荷,且在末端配電裝置上可相互切換。1.2主要通風(fēng)裝置配套設(shè)置兩套完全獨(dú)立的電控設(shè)備,與兩套同等能力的主要通風(fēng)裝置配套。其中一套工作,一套備用,可在10min內(nèi)完成工作風(fēng)機(jī)和備用風(fēng)機(jī)的倒換。1.3n內(nèi)反風(fēng)操作主要通風(fēng)機(jī)必須裝有反風(fēng)措施,在10min內(nèi)須完成反風(fēng)操作。對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)反風(fēng)方式為電動(dòng)機(jī)直接反轉(zhuǎn)反風(fēng),通過變頻裝置或正反轉(zhuǎn)切換開關(guān),調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),以實(shí)現(xiàn)反風(fēng)。2主通風(fēng)機(jī)控制方式對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)組成,每臺(tái)電動(dòng)機(jī)軸伸端安裝葉輪,兩葉輪相互互為反向旋轉(zhuǎn),組成對(duì)旋結(jié)構(gòu)。主通風(fēng)機(jī)配套專用隔爆電動(dòng)機(jī),電壓等級(jí)主要有低壓380V、660V和高壓6kV、10kV。煤礦主通風(fēng)機(jī)根據(jù)實(shí)際要求風(fēng)量、負(fù)壓的要求,通常設(shè)計(jì)主通風(fēng)機(jī)變頻拖動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)旋軸流式礦井主通風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速可采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)方式,也可以采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)一套主通風(fēng)機(jī)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)方式。這兩種拖動(dòng)方式又可分為帶旁路形式和不帶旁路形式。根據(jù)一拖一或一拖二、有無旁路情況,對(duì)旋軸流式煤礦主通風(fēng)機(jī)變頻拖動(dòng)方案主要有以下五種形式。2.1主通風(fēng)機(jī)站及高壓線路采用一臺(tái)變頻裝置拖動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī),變頻裝置無工頻旁路。2臺(tái)變頻裝置拖動(dòng)一套主通風(fēng)機(jī)的2臺(tái)電動(dòng)機(jī),兩套通風(fēng)機(jī)變頻拖動(dòng)系統(tǒng)一用一備。通風(fēng)機(jī)反風(fēng)通過變頻裝置調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn),主通風(fēng)機(jī)站采用兩回高壓電源進(jìn)線,高壓母線采用單母線分段,并設(shè)置聯(lián)絡(luò)、隔離柜。每段母線設(shè)置兩臺(tái)高壓出線柜(HV11、HV12;HV21、HV22),為每套主通風(fēng)機(jī)Ⅰ、Ⅱ級(jí)主電機(jī)變頻設(shè)備提供電源。圖中M11、M12分別為1號(hào)通風(fēng)機(jī)Ⅰ、Ⅱ級(jí)主電動(dòng)機(jī),M21、M22分別為2號(hào)主通風(fēng)機(jī)Ⅰ、Ⅱ級(jí)主電動(dòng)機(jī)。2.2工頻/交流切換采用一臺(tái)變頻裝置拖動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī),變頻裝置帶工頻旁路。兩套通風(fēng)機(jī)變頻拖動(dòng)系統(tǒng)一用一備。變頻裝置自帶旁路柜,內(nèi)裝有用于工頻/變頻切換、正反轉(zhuǎn)切換的隔離刀開關(guān)。在變頻器故障退出運(yùn)行后,可將主通風(fēng)機(jī)主電動(dòng)機(jī)投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行,保證生產(chǎn)的連續(xù)性。根據(jù)需要可將隔離刀開關(guān)更換為高壓真空接觸器,實(shí)現(xiàn)工頻/變頻方式的自動(dòng)切換。變頻運(yùn)行時(shí),主通風(fēng)機(jī)反風(fēng)通過變頻裝置調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn),也可通過正反轉(zhuǎn)切換開關(guān)(QS114、QS124;QS214、QS224)實(shí)現(xiàn)。工頻運(yùn)行時(shí),主通風(fēng)機(jī)反風(fēng)通過正反轉(zhuǎn)切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)。2.3主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻裝置拖動(dòng)一套通風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī),變頻裝置無工頻旁路。兩套主通風(fēng)機(jī)變頻拖動(dòng)系統(tǒng)一用一備。主通風(fēng)機(jī)反風(fēng)通過變頻裝置調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。每段高壓母線設(shè)置一臺(tái)高壓出線柜(HV1;HV2),為每套通風(fēng)機(jī)主電機(jī)變頻設(shè)備提供電源。2.4頻裝置+主通風(fēng)機(jī)采用一臺(tái)變頻裝置拖動(dòng)一套主通風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī),變頻裝置帶工頻旁路。兩套主通風(fēng)機(jī)變頻拖動(dòng)系統(tǒng)一用一備。變頻裝置自帶旁路柜,內(nèi)裝有用于工頻/變頻切換、正反轉(zhuǎn)切換的隔離刀開關(guān),同時(shí)根據(jù)實(shí)際工況要求,可增加切換開關(guān)(QS15、QS16、QS25、QS26),實(shí)現(xiàn)每套主通風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)其中一臺(tái)運(yùn)行。變頻運(yùn)行時(shí),主通風(fēng)機(jī)反風(fēng)通過變頻裝置或正反轉(zhuǎn)切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)。工頻運(yùn)行時(shí),主通風(fēng)機(jī)反風(fēng)通過正反轉(zhuǎn)切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)。2.5主通風(fēng)機(jī)交流系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻裝置拖動(dòng)一套主通風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī),變頻裝置帶工頻旁路。同時(shí)為每套主通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)設(shè)置兩臺(tái)工頻出線柜(HV11、HV12;HV21、HV22)。兩套主通風(fēng)機(jī)變頻拖動(dòng)系統(tǒng)一用一備。變頻裝置自帶旁路柜,實(shí)現(xiàn)工頻/變頻、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的切換。切換開關(guān)(QS11、QS12、QS21、QS22)實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)工頻正反轉(zhuǎn),切換開關(guān)(QS13、QS14、QS23、QS24)實(shí)現(xiàn)變頻/工頻方式切換。變頻運(yùn)行時(shí),主通風(fēng)機(jī)反風(fēng)通過變頻裝置實(shí)現(xiàn)。工頻運(yùn)行時(shí),主通風(fēng)機(jī)反風(fēng)通過正反轉(zhuǎn)切換開關(guān)(QS11、QS12、QS21、QS22)實(shí)現(xiàn)。3按電機(jī)密度分類所有五種拖動(dòng)方案中,無論有無旁路,其主通風(fēng)機(jī)變頻拖動(dòng)系統(tǒng)均為一用一備,能滿足電控系統(tǒng)備用要求。但在實(shí)際生產(chǎn)中,由于變頻器質(zhì)量參差不齊,當(dāng)工作變頻器故障后切換至備用變頻器,工作、備用變頻器同時(shí)故障的情況偶有發(fā)生,故在初期投資允許的情況(單臺(tái)變頻器旁路柜約為3萬元),增加工頻旁路對(duì)煤礦主要通風(fēng)機(jī)是很有必要的。帶旁路形式可在變頻器出現(xiàn)故障時(shí),通過旁路柜將主通風(fēng)機(jī)切換到工頻運(yùn)行狀態(tài),以保證主通風(fēng)機(jī)工頻繼續(xù)運(yùn)行,使系統(tǒng)安全性有了更大提高?！耙煌弦弧狈桨负唵?但初期投資較高,初期一次投資(變頻設(shè)備部分)比“一拖二”方案高50%~90%左右;“一拖二”方案靈活,初期投資低;一拖二帶旁路+工頻出線柜方案初期投資比“一拖二”帶旁路方案高(需增加4臺(tái)高壓工頻出線柜),而比“一拖一”帶旁路方案低。采用“一拖一”方案時(shí),每臺(tái)電動(dòng)機(jī)設(shè)置了一臺(tái)高壓出線柜、一套變頻設(shè)備,電動(dòng)機(jī)的保護(hù)完善、設(shè)置方便。采用“一拖二”方案時(shí),高壓出線柜按兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的總功率進(jìn)行整定保護(hù),同時(shí)部分變頻設(shè)備針對(duì)“一拖二”形式采取的各種保護(hù)措施,可以保證變頻運(yùn)行狀態(tài)下兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均能得到有效保護(hù)。帶工頻旁路時(shí),“一拖一”方案可在變頻、工頻(帶旁路時(shí))狀態(tài)分別設(shè)置保護(hù)整定值,整定值隨變頻/工頻方式切換時(shí)切換,保證電動(dòng)機(jī)在兩種運(yùn)行狀態(tài)下均得到有效保護(hù)。但“一拖二”方案在工頻旁路時(shí),高壓出線柜整定值只能按兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的總功率考慮,不能保證兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)得到有效保護(hù)?！耙煌隙月?工頻出線柜”方案,可以對(duì)變頻設(shè)備出線柜、工頻出線柜分別設(shè)置整定保護(hù)值,可保證電動(dòng)機(jī)在變頻、工頻狀態(tài)下均得到有效保護(hù)?！耙煌弦弧狈桨?帶旁路或無旁路),主通風(fēng)機(jī)Ⅰ、Ⅱ級(jí)主電動(dòng)機(jī)可分別啟停,并滿足單電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的工況;“一拖二無旁路”方案,主通風(fēng)機(jī)Ⅰ、Ⅱ級(jí)主電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟、停,且兩臺(tái)主電動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行;“一拖二帶旁路”方案,主通風(fēng)機(jī)Ⅰ、Ⅱ級(jí)主電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟、停,通過隔離開關(guān)可實(shí)現(xiàn)單主電動(dòng)機(jī)運(yùn)行;“一拖二帶旁路+工頻出線柜”方案,變頻狀態(tài)下主通風(fēng)機(jī)Ⅰ、Ⅱ級(jí)主電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟停,工頻狀態(tài)下分別啟停。由上分析可知,拖動(dòng)方案既要根據(jù)礦井風(fēng)壓和風(fēng)量的變化,又要考慮到部分項(xiàng)目前期、后期電動(dòng)機(jī)容量需要調(diào)整情況,因此,采用“一拖二”方案更為靈活。4主通風(fēng)機(jī)裝置u2004神華烏海能源公司公烏素煤業(yè)公司三號(hào)井,北區(qū)主通風(fēng)機(jī)為FBCDZ№26/2×185型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)2臺(tái),其中1臺(tái)工作,1臺(tái)備用。每臺(tái)主通風(fēng)機(jī)配套防爆變頻交流異步電動(dòng)機(jī)2臺(tái),電動(dòng)機(jī)容量為185kW,電壓為6kV。每套主通風(fēng)機(jī)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行,主通風(fēng)系統(tǒng)通過電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)進(jìn)行反風(fēng)。通風(fēng)機(jī)根通過調(diào)整葉片角度和變頻調(diào)速,實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。根據(jù)以上比較,按照可靠、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能原則,同時(shí)結(jié)合礦井所在區(qū)域其他主通風(fēng)機(jī)情況,設(shè)計(jì)選擇“一拖二帶旁路+工頻出線柜”方案。4.1主導(dǎo)線和高壓配電主要通風(fēng)機(jī)房的電源采用兩回6kV高壓電源線路,分別引自工業(yè)場地35kV變電站10kV側(cè)不同母線段。通風(fēng)機(jī)房6kV電壓的主接線采用單母線分段(見圖6)。高壓配電設(shè)備采用KYN28A-12型中置式成套開關(guān)柜,包括進(jìn)線兼PT、所用變、變頻設(shè)備出線、工頻出線、聯(lián)絡(luò)及隔離柜。通風(fēng)機(jī)房的兩回380V電源引自2臺(tái)所用變柜,主接線采用單母線分段。低壓配電設(shè)備采用GCS抽屜式成套開關(guān)柜,由受電回路、饋電回路、電動(dòng)機(jī)回路及聯(lián)絡(luò)回路組成。4.2變壓器輸出電壓高壓變頻器選用直接高-高交流變頻器,功率單元串聯(lián)多電平電壓源型,變頻器直接輸出6kV電壓。變頻器容量按同時(shí)拖動(dòng)兩臺(tái)185kW電動(dòng)機(jī)選取。變頻設(shè)備包括旁路柜,旁路柜內(nèi)裝有用于工頻/變頻切換、工頻正/反轉(zhuǎn)切換的隔離刀閘(見圖7)。4.3監(jiān)控系統(tǒng)采用控制器PLC和上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控