變頻節(jié)能控制技術(shù)在煤礦通風(fēng)中的運(yùn)用

變頻節(jié)能控制技術(shù)在煤礦通風(fēng)中的運(yùn)用

焦家寨煤礦的通風(fēng)機(jī)每年90%時(shí)間處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，由于其電機(jī)功率較大且工作時(shí)間較長(zhǎng)，使得通風(fēng)機(jī)的耗電量占企業(yè)總電量的10%左右，給企業(yè)的帶來了較大金額的經(jīng)濟(jì)支出。因此，有必要開展礦用通風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能掌握技術(shù)討論。

1礦用通風(fēng)機(jī)構(gòu)造組成

礦用通風(fēng)機(jī)依據(jù)構(gòu)造類型分為離心式和對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)，按通風(fēng)量的大小，可分為主通風(fēng)機(jī)、幫助通風(fēng)機(jī)和局部通風(fēng)機(jī)。本文將以焦家寨煤礦上的旋式軸流式主通風(fēng)機(jī)作為討論對(duì)象。旋式軸流式通風(fēng)機(jī)主要包括電動(dòng)機(jī)、葉輪、機(jī)殼、整流罩、進(jìn)出口消聲器、集流器、導(dǎo)流片、主軸、軸承等部件。其中，葉輪采納質(zhì)量輕、高強(qiáng)度耐腐蝕性的優(yōu)質(zhì)合金鋼，可通過調(diào)整葉片角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)狀況的調(diào)整；集流器采納圓錐型構(gòu)造，可勻稱氣流通過的通過速度，提高風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效率和降低風(fēng)機(jī)噪聲；為提高風(fēng)機(jī)技術(shù)水平和企業(yè)生產(chǎn)效率，目前煤礦行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的是具有反轉(zhuǎn)功能的風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)的反風(fēng)效率相對(duì)較高，可直接用于煤礦作業(yè)中，無需修建其他特地的反風(fēng)道設(shè)施。同時(shí)，通風(fēng)機(jī)設(shè)置了兩級(jí)電動(dòng)機(jī)，通過第一級(jí)電動(dòng)機(jī)將空氣壓縮后送入到其次級(jí)電動(dòng)機(jī)，由其次級(jí)電動(dòng)機(jī)推出，提高了通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效果和通風(fēng)安全性。

2變頻節(jié)能技術(shù)節(jié)能優(yōu)勢(shì)

2.1現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)節(jié)能措施存在問題

目前，礦用通風(fēng)機(jī)的節(jié)能措施相對(duì)較多，主要包括轉(zhuǎn)變電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)變?nèi)~輪角度、轉(zhuǎn)變管網(wǎng)阻力等方法，但均存在肯定問題。針對(duì)離心式通風(fēng)機(jī)的節(jié)能，主要采納調(diào)整通風(fēng)的風(fēng)門和電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)量的掌握，但增加了通風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)阻力，通風(fēng)效果較差；針對(duì)現(xiàn)有軸流風(fēng)機(jī)節(jié)能，主要采納通過調(diào)整風(fēng)機(jī)葉輪的角度來降低風(fēng)機(jī)的通風(fēng)阻力，但對(duì)電機(jī)的磨損較為嚴(yán)峻且電機(jī)電能消耗較多，易導(dǎo)致電機(jī)消失燒壞或短路等安全故障，影響井下作業(yè)安全。同時(shí)，可設(shè)置不同功率電機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能，主要是在通風(fēng)機(jī)前期選用功率較小的風(fēng)機(jī)進(jìn)展工作，后期依據(jù)井下的實(shí)際通風(fēng)需求，啟動(dòng)較大功率的風(fēng)機(jī)進(jìn)展工作，其節(jié)能效果較好，但存在監(jiān)測(cè)井下風(fēng)量的系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備選購(gòu)及修理本錢較高等問題。因此，結(jié)合現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)節(jié)能措施，需探究新的節(jié)能方法，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能的最大利潤(rùn)化。

2.2變頻節(jié)能掌握技術(shù)節(jié)能優(yōu)勢(shì)

變頻掌握技術(shù)是提高煤礦通風(fēng)機(jī)節(jié)能效果的重要技術(shù)。其主要原理為：變頻調(diào)速裝置安裝了變頻器調(diào)速系統(tǒng)和IGBT串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)變風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的電壓大小和電壓頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整和掌握、降低電機(jī)能耗的目的，具有系統(tǒng)牢靠性和自動(dòng)化程度高、系統(tǒng)集成度好等優(yōu)點(diǎn)，是將來進(jìn)展的主要趨勢(shì)。通風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)過程中，可通過電機(jī)變頻進(jìn)展軟啟動(dòng)，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)作用和輸出電信號(hào)，帶動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)的同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)工作，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)單電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、電壓等掌握；通過掌握系統(tǒng)中的電位器，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)中風(fēng)阻、風(fēng)壓、通風(fēng)量等參數(shù)的掌握。和傳統(tǒng)通風(fēng)機(jī)節(jié)能措施相比，變頻調(diào)速掌握技術(shù)具有更高的自動(dòng)和智能化程度，調(diào)速精度更高。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3485-83的規(guī)定，大型電機(jī)調(diào)速裝置的功率因數(shù)需保持在0.95以上。因此，有必要加大變頻調(diào)速掌握技術(shù)在煤礦中的技術(shù)應(yīng)用和市場(chǎng)推廣。

3通風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)計(jì)

結(jié)合工程實(shí)際，焦家寨煤礦主通風(fēng)機(jī)需具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)、通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)及報(bào)警、系統(tǒng)信息查詢、操作簡(jiǎn)潔、修理性好、實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)的自動(dòng)化掌握等要求。因此，確定了變頻技能掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)：對(duì)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的全壓、瓦斯?jié)舛?、通風(fēng)量等參數(shù)進(jìn)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，針對(duì)參數(shù)超出預(yù)警閥值，通過聲音、語(yǔ)音、文字等方式進(jìn)展報(bào)警提示；針對(duì)系統(tǒng)中消失的故障問題，能實(shí)時(shí)進(jìn)展監(jiān)測(cè)、推斷并發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)故障的有效掌握；可實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)量與電機(jī)轉(zhuǎn)速、電壓等參數(shù)的匹配推斷，做出對(duì)系統(tǒng)最優(yōu)的變頻節(jié)能掌握；掌握系統(tǒng)中設(shè)置上機(jī)位監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)、變頻裝置運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)展實(shí)時(shí)監(jiān)控和治理。

3.2變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

結(jié)合工程實(shí)際需求，開展了變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)討論。該方案系主要由PLC掌握系統(tǒng)、上機(jī)位監(jiān)控系統(tǒng)、變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通風(fēng)機(jī)愛護(hù)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。其主要系統(tǒng)功能包括：（1）PLC掌握系統(tǒng)是變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)的核心部門，采納了美國(guó)羅克韋爾Logix176系列的PLC掌握，并設(shè)計(jì)了雙CPU對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展冗余設(shè)計(jì)，其主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和分析，并對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)展輸出。（2）上機(jī)位監(jiān)控系統(tǒng)采納北京研華的510L掌握機(jī)，利用最新的Forccontrolsp6.3系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的進(jìn)展了組態(tài)界面設(shè)計(jì)。為提高井下作業(yè)安全，設(shè)計(jì)了主機(jī)監(jiān)控、備機(jī)監(jiān)測(cè)，備機(jī)主動(dòng)向主機(jī)轉(zhuǎn)化的雙機(jī)熱備裝置。（3）變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采納了三菱牌的10KV高壓變頻器作為變頻裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)愛護(hù)，具有掌握靈敏、節(jié)能效果顯著、操作簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)。

3.3變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)

變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要包括PLC掌握柜、高壓饋電柜、變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、操作掌握臺(tái)（監(jiān)控系統(tǒng)）等組成，其主要硬件系統(tǒng)如下。（1）PLC掌握柜。PLC掌握柜主要包括1769ENBT以太網(wǎng)模塊、A3系列機(jī)架模塊、1769L35型CPU模塊、1769RM冗余模塊，其中，一臺(tái)CPU負(fù)責(zé)全部設(shè)備啟停及速度給定等掌握工作，另一臺(tái)CPU與主CPU進(jìn)展通訊，當(dāng)主CPU消失故障時(shí)，幫助CPU可依據(jù)檢測(cè)信號(hào)自動(dòng)切換為主CPU，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（2）高壓饋電柜。高壓饋電柜主要實(shí)現(xiàn)給主通風(fēng)機(jī)中各系統(tǒng)供應(yīng)工作電源。在掌握系統(tǒng)高壓局部設(shè)計(jì)過程中，高壓主接線采納單母分段接線，通過不同電壓等級(jí)的變電器對(duì)兩回路進(jìn)展輸電，以保證系統(tǒng)供電的牢靠性。

4變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)節(jié)能效果分析

將變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)應(yīng)用到焦家寨煤礦主通風(fēng)機(jī)上，針對(duì)通風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率在40Hz和45Hz狀況下，對(duì)變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)進(jìn)展節(jié)能效果分析。在應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)后通風(fēng)機(jī)消耗功率計(jì)算公式如下：當(dāng)通風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率在40Hz時(shí)，通風(fēng)機(jī)消耗功率：（1）當(dāng)通風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率在45Hz時(shí)，通風(fēng)機(jī)消耗功率：（2）式中：Pe=600kw結(jié)合焦家寨煤礦場(chǎng)地的實(shí)際狀況，每年工作8000h，電費(fèi)0.45元/度。可算出風(fēng)機(jī)在40Hz和45Hz下運(yùn)行過程中消耗的電量分別為256萬(wàn)度電和364.5萬(wàn)度電，就一年的用電費(fèi)用就有115.2萬(wàn)元和164萬(wàn)元。通過變頻節(jié)能掌握技術(shù)，將通風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率進(jìn)展降低，從45Hz降低至40Hz，可為企業(yè)節(jié)省電費(fèi)開支約48.8萬(wàn)元，其節(jié)能效果明顯。變頻節(jié)能掌握技術(shù)的應(yīng)用，可有效改善了井下作業(yè)環(huán)境、降低企業(yè)了生產(chǎn)本錢、增加了企業(yè)受益，特別有必要在煤礦行業(yè)中可進(jìn)展大力推廣。

5結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)節(jié)能措施存在問題，分析了變頻節(jié)能掌握技術(shù)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，以焦家寨煤礦主通風(fēng)機(jī)為討論載體，開展了通風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能掌握系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用節(jié)能效果分析，討論說明：采納變頻節(jié)能掌握技術(shù)，