導(dǎo)語：大功率主通風機變頻控制關(guān)鍵技術(shù)分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:文章以潞安化工集團古城礦鮑店風井大功率主通風機設(shè)計選型為例，就變頻拖動方案中的關(guān)鍵技術(shù)，如應(yīng)對雷雨季節(jié)電網(wǎng)波動、風機平穩(wěn)調(diào)速、諧波影響、控制電機反轉(zhuǎn)、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計等，提出針對性的技術(shù)方案及系統(tǒng)配置要求，對主通風機選擇變頻控制型式的礦井具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:大功率;變頻拖動;變頻器;電網(wǎng)波動

礦井通風機是礦山的重大安全設(shè)備之一，通風機的正常運行，直接關(guān)系到礦井的正常安全生產(chǎn)和人員的生命安全。為了解決風機啟動過程沖擊電網(wǎng)、雷雨天氣電壓大幅波動以及故障狀態(tài)快速切換風機等問題，2009年始，潞安化工集團就以下屬礦井常村礦中央軸流式及高壓變頻技術(shù)研制與應(yīng)用項目為依托，歷時15個月，順利實現(xiàn)了大功率主通風機變頻集控閉環(huán)節(jié)能高效運轉(zhuǎn)，取得了5方面成效:①避免因電網(wǎng)電壓波動引起風機故障停機、瓦斯超限事故;②風機切換時間從原先的10min大幅減小到3min，反風時間減少到5min;③使大馬拉小車的礦井主通風機節(jié)能運行，電動機效率不低于90%，功率因數(shù)0．99;④啟動電流變化為線性變化，徹底解決大啟動電流沖擊電網(wǎng)問題;⑤電動機在低頻下運行，噪音為70dB。潞安化工集團開始大規(guī)模對直接啟動或頻敏電阻、水電阻等軟啟方式的主通風機進行變頻改造，并積累了豐富經(jīng)驗。經(jīng)調(diào)研，潞安化工集團的主通風機變頻控制覆蓋率位于全國煤企前列。文章以古城礦鮑店風井主通風機建設(shè)項目為例，對變頻控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)方案及配置要求進行詳細的介紹與分析。

1大功率主通風機項目概況

古城礦采用分區(qū)式通風，機械式通風方法?，F(xiàn)投運的主通風機有中央主通風機和桃園主通風機，其中:中央風井主通風機選用沈陽發(fā)動機研究所風機廠生產(chǎn)的2臺的AGF606－4．0－2．4－2型軸流式通風機(配套電機功率4000kW)，擔負北一、北二和北三盤區(qū)的通風任務(wù);桃園風井主通風機選用沈陽發(fā)動機研究所風機廠2臺AGF606－4．0－2．2－2型軸流式通風機(配套電機功率2800kW)，擔負南一、南二和南三盤區(qū)的通風任務(wù)。本文案例項目為鮑店風井主通風機建設(shè)，由鮑店進風立井進風，鮑店回風立井回風，進、回風立井井筒直徑均為8．0m。前期為北二盤區(qū)服務(wù)，后期為北四盤區(qū)服務(wù)，預(yù)計2023年投運。擬選用抽出式軸流通風機，風機直徑≥3．8m，電機功率≥4500kW，采用變頻控制技術(shù)，并具備無人值守功能。

2變頻拖動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

主通風機的電控系統(tǒng)有高低壓配電設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)三個部分，其中高性能、高可靠性的變頻控制系統(tǒng)是風機安全運行的重要保證。變頻控制為“一拖一”系統(tǒng)，即2套風機的2臺電機由2套變頻器獨立拖動。該拖動方案滿足風機單電機運行的要求，同時能通過切換柜實現(xiàn)変頻器對另一臺風機的拖動，即變頻器與電機交叉拖動。

2．1高壓變頻系統(tǒng)配置要求

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)(含干式移相整流交壓器)，要求高壓變頻器按10/10kV設(shè)計，輸入10kV，輸出10kV。變頻調(diào)速系統(tǒng)包括變頻器、柜體、移相整流變壓器和附件等，其中變頻器是重中之重。該項目主通風機配套10kV、4500kW電動機。為延長變頻器使用壽命及確保運行中安全穩(wěn)定性，高壓變頻器優(yōu)選優(yōu)質(zhì)進口產(chǎn)品，容量不小于5500kVa。高壓變頻器選用交－直－交型變頻器，直接高高結(jié)構(gòu)，要求輸出直接為10kV以配套10kV電機直接調(diào)速運行［1］。

2．2變頻器的安全保護設(shè)定

北方夏天雨季來臨后，為避免電網(wǎng)不穩(wěn)定對主扇運行的影響，變頻器須具有瞬時斷電再上電的能力。變頻器功率單元內(nèi)部自帶上電自動充電功能，避免上高壓電時對電網(wǎng)和變頻器的沖擊。變頻器系統(tǒng)需要有內(nèi)部控制電源瞬時失電不停機功能，可以在控制系統(tǒng)完全失電2s內(nèi)不受任何影響，不再需要故障幾率高的內(nèi)部UPS，避免由于UPS故障造成停機。采用無速度傳感器控制，啟動轉(zhuǎn)矩可達150%，對電網(wǎng)電壓波動有極強的適應(yīng)能力，在±10%范圍內(nèi)變頻器能滿載工作，在30%的電壓下降情況下變頻器能繼續(xù)運行而不跳閘(降載運行)，40%的電壓下降可以短時運行，電網(wǎng)瞬時失電5個周期可滿載運行不跳閘，輕載時間更長。為便于運行人員和檢修人員能辨別和解決出現(xiàn)的冋題，要求變頻裝置帶故障自診斷功能，對所發(fā)生的故障類型及故障位置能提供中文指示，就地顯示并遠程報警。變頻容易產(chǎn)生諧波，因此必須對諧波作出限定。調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波應(yīng)滿足，“輸入電流＜4%，輸出電壓＜6%，軸岀電流＜2%”輸入側(cè)功率因數(shù)為:在20%～100%的負載變化情況下達到或超過0．95的功率因數(shù)(無需功率因數(shù)補償裝置)。具有軟啟動功能。變頻器應(yīng)對其他設(shè)備無諧波影響。

2．3電機拖動參數(shù)分析及要求

變頻調(diào)速裝置具有良好的調(diào)節(jié)性能，能根據(jù)負荷的變化及時有效地實現(xiàn)調(diào)節(jié)［2］，在負荷從100%調(diào)節(jié)到40%的響應(yīng)時間宜小于1min(現(xiàn)場1～3600s可調(diào))。古城礦項目中電機為交流異步變頻電動機，變頻器不會對電機產(chǎn)生影響。變頻器能實現(xiàn)對電機的反轉(zhuǎn)反風操作功能。變頻裝置提供的控制和電動機保護功能有:過電壓、過電流、欠電壓、缺相保護、超額保護、失速保護、交頻器過載、電機過載保護、半導(dǎo)體器件的過熱保護、瞬時停電保護等，并能聯(lián)跳輸入側(cè)高壓開關(guān)。內(nèi)部功率單元內(nèi)部整流二極管和功率元器件采用高壓1700V，內(nèi)部電容采用進口AIC電容。具有輸出電壓自動調(diào)整功能，輸入電壓變化時，自動調(diào)節(jié)輸出電壓，使輸出到電機的電壓保持相對穩(wěn)定，保護電機。變頻器輸出電流應(yīng)有一定的富余度，不得小于電機額定電流的1．2倍。變頻器在啟動、加速、運行的過程中應(yīng)平穩(wěn)順滑，各頻率運行時均不得引起電機明顯共振，遠離風機喘振區(qū)域。

3PLC控制設(shè)計及配置要求

變頻調(diào)速系統(tǒng)由上級PLC進行協(xié)調(diào)控制，按設(shè)定程序(PLC給定運行)，實現(xiàn)對風機電動機轉(zhuǎn)速自動控制［3］。PLC可編程控制器是整個系統(tǒng)的控制核心。為保證穩(wěn)定、可靠、高速，PLC控制器可選用西門子S7－1500系列，PLC的I/O接口應(yīng)有不少于20%的備用量。每臺通風機采用1臺PLC，共計2臺PLC(主控PLC工作，另一臺PLC熱備);兩臺PLC采用冗余設(shè)計，每臺PLC均配置冗余模塊，冗余模塊間通過高速光纖實時同步，當主控PLC出現(xiàn)故障或錯誤時，系統(tǒng)可以立即無擾動切換到備用PLC，不會影響系統(tǒng)工作。交頻裝置具有與PLC或其它控制系統(tǒng)通訊的工業(yè)以太網(wǎng)(EtherNet)接口。PLC柜輸入電源等級AC220V、AC380V、50Hz，直流控制電源AC24V，交流控制電源AC220V，防護等級IP40。

4結(jié)語

主通風機實現(xiàn)變頻控制，具有工況點調(diào)節(jié)更加精準快速、啟動過程對電網(wǎng)沖擊小、節(jié)能效果明顯等諸多優(yōu)點。本文提出的變頻及PLC控制系統(tǒng)方案，在潞安化工集團多個新/改建風機項目中成功應(yīng)用。最后將實踐過程得到的兩點指導(dǎo)性建議進行分享:1)配置主通風機變頻器時，要考慮高壓變頻在集團內(nèi)部的通用性，以提高安全性，減少備件的采購量，節(jié)約成本。2)變頻器對環(huán)境要求較高?？梢圆捎每照{(diào)為主通風機房控制室及變頻室提供恒溫條件。通過通訊接口，將數(shù)據(jù)采集器與空調(diào)系統(tǒng)對接，實現(xiàn)對環(huán)境溫度的自動控制。

參考文獻:

［1］婁高峰，王晶波．主風扇機變頻控制方式的設(shè)計［J］．機電元件，2011，31(4):7．

［2］張抗抗．煤礦主通風機風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］．徐州:中國礦業(yè)大學(xué)．

［3］張劍波．通風機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計［J］．機械管理開發(fā)，2020，35(2):3.

作者：楊興 單位：山西潞安化工集團能源事業(yè)部