陳茂華
摘 要:通過與傳統(tǒng)的煤礦通風機調速控制技術比較,介紹了變頻技術的優(yōu)點及應用與煤礦通風機控制系統(tǒng)中的可行性。
關鍵詞:變頻;通風機;安全
1 前言
煤礦巷道的通風系統(tǒng),在煤礦安全生產中起著至關重要作用,主通風機是保障通風系統(tǒng)的重要設備。由于功率大,晝夜連續(xù)運轉,耗電量占煤礦總用電量的15%~20%,有的高達30%。風機的實際工況,取決于風機的特性曲線和礦井的阻力特性曲線。在生產過程中,礦井阻力特性曲線是變化的。隨著煤礦開采及掘進的不斷延伸、巷道延長,所需風量增大;隨著煤礦工作面的減少所需風量也減少。各種交流調速拖動系統(tǒng)有較大局限性,直流調速拖動系統(tǒng)又過于復雜和昂貴,經過技術上和經濟上的比較,我國礦井通風機大多采用交流電動機不調速拖動調節(jié)風門調整風量的工作方式。隨著半導體技術的進步,新的交流變頻調速通風機電控系統(tǒng)以其可靠性高,調節(jié)方便靈活,節(jié)能效果顯著等優(yōu)點,已經成為礦井通風機控制系統(tǒng)的首選。
2 通風機調節(jié)方法
通風機的風量調節(jié),是通過改變通風機本身的特性曲線或改變外部管網(wǎng)特性來進行的??梢苑譃轱L機恒速時的風量調節(jié)和風機變速時的風量調節(jié)。
2.1 通風機恒速時的風量調節(jié)
對于軸流式通風機。通過增大葉片安裝角度可以增大風壓,也可以通過改變工作輪的級數(shù)或葉輪片數(shù)來調節(jié)通風量。但這些調節(jié)一般需要在風機停機時才能進行,只適合較長階段的風量調節(jié),無法實現(xiàn)通風量的平滑調節(jié)和與實際通風量要求的隨動。
對于離心式風機。目前都是通過調節(jié)通風機口及風道或送風道中閘門的開啟程度,人為地減小風道斷面,增加通風阻力,改變通風管網(wǎng)的特性曲線,最終改變風機運行工況點,實現(xiàn)風量調節(jié)。這是一種很不經濟的調節(jié)方法。
2.2 通風機變速時的風量調節(jié)
通過改變通風機的轉速,實現(xiàn)通風機特性曲線的改變,從而改變通風量,是離心式通風機節(jié)能運行的有效方法。
由流體力學可知,風量Q與轉速n的一次方成正比,風壓H與轉速n的平方成正比,軸功率Ps與轉速n的三次方成正比。即:Q∝n,H∝n2,Ps∝n3。當所需風量減少,風機轉速降低時,其功率按轉速的二次方下降。如所需風量為額定風量的80%,則轉速也下降為額定轉速的80%,而軸功率下降為額定功率的51.2%;當所需風量為額定風量的50%時,軸功率可以下降為額定功率的12.5%。當然,轉速降低時,效率也會有所降低,同時還應考慮控制裝置的附加損耗等影響。即使如此,變速調節(jié)的節(jié)電效果也是非??捎^的。
3 變頻技術的優(yōu)點及應用
3.1 變頻技術的優(yōu)點
起動平穩(wěn),無級調速,調速范圍大;工作可靠,能長期穩(wěn)定運行;有無功就地補償功能,提高功率因數(shù)到0.98以上;轉矩補償功能,即保持電壓/頻率為一常數(shù),避免當電源頻率下降,造成電機磁路過飽和,增大勵磁電流使電機負載能力下降,功率因數(shù)變?。蛔冾l器自身的保護功能齊全。有輸入電壓不足保護、過流保護、過載保護、短路保護、冷卻散熱片過熱保護、失速的防止和保險絲短路保護等,大大提高了電機運行的可靠性;電機可直接啟動,啟動電流不超過電機額定電流的1.7倍,減少對電網(wǎng)和設備的沖擊;降低電機的噪音和溫升,延長電機使用壽命;操作簡便,改善操作環(huán)境、降低工人作業(yè)強度。
3.2 變頻技術應用特點
為了實現(xiàn)通風機風量自主控制,在進行煤礦通風機控制系統(tǒng)的變頻技術應用時應考慮以下因素。
⑴可靠安全性能的因素。通過通風機的電器數(shù)值來決定最適合的曲線進行加速,這樣做可以取得最好的軟啟動功效。1)依據(jù)煤礦需要的風壓與風量的數(shù)值大小,對風機的最好葉片位置進行調節(jié),按照通風機的曲線特性選取最好的工況點與轉動速度,最終決定變頻器的使用速率。2)按照有關的規(guī)定,煤礦每一年都要進行井下的反風演練,保證通風機在需要時能迅速進行反風操作,為煤礦井下提供充足的反風量。3)變頻器內部基板三防涂層處理及銅條的鍍鎳處理,提高了變頻器環(huán)境適應性,適合煤礦應用環(huán)境。設定變頻器的工作頻率時,需要對負頻率的范圍進行設置,不需遵循傳統(tǒng)的反風形式。4)通風機要定期進行倒機的切換,能夠方便以后的維護工作。
⑵節(jié)約能源的因素。煤礦采用的是性價比較高的變頻控制系統(tǒng)。1)在電動機的異步定電子流中包含了諧波高次的成分,會導致電動機的功率因數(shù)發(fā)生差異,所以變頻器應采用諧波高次分量比較小的產品。2)電動機要盡量選擇效率較高,能量耗損較低的,這樣做的目的是能夠盡量避免鐵芯的損害。3)選擇變頻的設備時要確保與供電的電壓相同且是直供式的設備,將電網(wǎng)造成的污染減到最小,對高次諧波起到抑制效果,對其他的設施不會構成干擾。4)由于變頻設備允許正常情況下的電壓波動,并且當電網(wǎng)電壓降低較多時不影響運行。所以,在電網(wǎng)出現(xiàn)迅速閃落,高壓電網(wǎng)發(fā)生接地的單相事故時,變頻裝置還能工作,不會出現(xiàn)停止運行的現(xiàn)象,確保了通風機的運行工作。
3.3 效果分析
以某煤礦通風變頻調速改造工程為例?,F(xiàn)場兩臺110KW*2風機,風機型號:FBCDZ-6NO17B,電機型號:YBF316-6,風量2036-4518m3/min,風壓792-2992Pa,電機功率:2X110KW,電壓380/660V,電流206/108A,頻率50Hz。工程中采用LSIH高功型變頻器,專用于HAVC,具有空間矢量技術和多種保護功能。經過改造運行后的測試數(shù)據(jù)為:①改造前:輸入電流120A,運行頻率50Hz,電機平均功率90KW;②變頻改造后:輸入電流85A,運行頻率50Hz,電機平均功率70KW。按每度電0.76元、年運行時間365天計算,每年可節(jié)約電費:(90-70)X24X365X0.76=133152元??梢?,煤礦通風機采用變頻技術后,節(jié)能效果非常顯著。
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