張 健

(潞安化工集團 五陽煤礦，山西 長治 046205)

主通風(fēng)機的作用是能保證向礦井井下各用風(fēng)地點連續(xù)輸送足夠數(shù)量的新鮮空氣，稀釋并排出各種有害性氣體及礦塵，保證井下工作人員的健康和礦井安全生產(chǎn)，主通風(fēng)機的運行穩(wěn)定性不止直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)的持續(xù)，同時關(guān)系到礦井的安全以及井下作業(yè)人員的安全。作為礦井安全生產(chǎn)的重要保障，主通風(fēng)機必須保證連續(xù)運轉(zhuǎn)，不得隨意停機，因此，確保主通風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)，是搞好礦井通風(fēng)工作的首要任務(wù)。

1 主通風(fēng)機概況

五陽煤礦南豐回風(fēng)井采用機械抽出式的通風(fēng)方式，安裝兩套對旋式主通風(fēng)機，每套主通風(fēng)機配置兩臺1 850 kW防爆電機，兩回路電源進線,各帶一套主通風(fēng)機，兩套主通風(fēng)機互為備用，主通風(fēng)機布置示意見圖1.

圖1 對旋式主通風(fēng)機布置示意

主通風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)采用的ABB公司生產(chǎn)的ACS5000變頻器作為主驅(qū)動設(shè)備，其供電方式為：主回路進線開關(guān)柜—高壓開關(guān)柜—變頻器—變頻器高壓切換柜—風(fēng)機，變頻驅(qū)動方式為一拖一，每臺變頻器帶1臺電機，4套變頻調(diào)速裝置與電機一對一配置。

在用主通風(fēng)機與備用主通風(fēng)機的切換通過切換柜的8個KM接觸器和2個QF切換開關(guān)實現(xiàn)，主通風(fēng)機的切換分為正常切換和故障狀態(tài)下的交叉切換。具體切換方式見圖2.

圖2 目前主通風(fēng)機變頻切換示意

1) 正常切換。以1號風(fēng)機系統(tǒng)為在用風(fēng)機為例，正常情況下是接觸器KM1、KM2，KM5、KM6四個接觸器閉合，KM3、KM4，KM7、KM8四個接觸器斷開，QF1、QF2兩個切換開關(guān)斷開，此時1號主通風(fēng)機2臺電機運行。在進行1號風(fēng)機切換2號風(fēng)機時，需將KM1、KM2，KM5、KM6四個接觸器斷開，KM3、KM4，KM7、KM8四個接觸器閉合，此時2號主通風(fēng)機的兩臺電機運行，1號主通風(fēng)機切換2號主通風(fēng)機完成。

2) 故障狀態(tài)下的交叉切換。以1號風(fēng)機系統(tǒng)為在用風(fēng)機為例，如在1號風(fēng)機切換2號風(fēng)機過程中因2號風(fēng)機變頻器故障，則可以通過閉合KM1、QF1、KM4、KM5、QF2、KM8實現(xiàn)1號主通風(fēng)機變頻器帶2號主通風(fēng)機電機的驅(qū)動方式。

2 目前主通風(fēng)機運行過程中存在的問題

1) 南豐主通風(fēng)機變頻電控系統(tǒng)自2009年投運，電控系統(tǒng)運行至今已歷時13 a.與通風(fēng)機機械部分不同，雖然主通風(fēng)機電控系統(tǒng)也是一備一用的應(yīng)用方式，但為保證系統(tǒng)故障時主通風(fēng)機系統(tǒng)能快速投入運行，系統(tǒng)的電控部分一直處于熱備用狀態(tài)。也就是說在實際使用過程中變頻器全年每天24 h均處于運行狀態(tài)，且運行過程中變頻器內(nèi)部的很多器件未進行過全面的維護和保養(yǎng)。近年來主通風(fēng)機電控的主系統(tǒng)、備用系統(tǒng)頻繁發(fā)生故障，其原因主要是由于系統(tǒng)老化。

2) 變頻器本體的很多功率器件及輔助裝置的設(shè)計壽命已超過極限，以散熱風(fēng)機為例，ACS5000的產(chǎn)品手冊中要求其頂置散熱風(fēng)機最長的使用年限是4 a.主通風(fēng)機運行達到4 a后必須對散熱風(fēng)機的軸承及其附屬部分進行保養(yǎng)，但是變頻器的散熱風(fēng)機已不間斷運行了12 a.

3) 主通風(fēng)機變頻電控系統(tǒng)在2009年選用的產(chǎn)品是ACS5000型，在12 a時間里ABB對于該產(chǎn)品進行了多次升級換代，因而，在備品備件方面及后期的同類型產(chǎn)品中與原產(chǎn)品通用的較少也是一個較為棘手的問題。

因此，為提高主通風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，需要對南豐主通風(fēng)機的變頻控制系統(tǒng)進行改造。

3 解決方案

通過調(diào)研，目前各煤礦主通風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)普遍采用的是一拖一的方式，即一套變頻器帶一套風(fēng)機，兩套變頻器互為備用，可切換。

針對五陽煤礦目前變頻控制系統(tǒng)老化、故障率高的問題，比較傳統(tǒng)的改造方式就是直接拆除舊的變頻器及附屬設(shè)備，安裝新的變頻器及附屬設(shè)備，雖然施工工藝簡單，但是由于原電控系統(tǒng)變頻器整體軟硬件相對老舊，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，直接更換變頻器需要較長時間，主通風(fēng)機單風(fēng)機運行時間至少50 d左右，在系統(tǒng)改造過程中可能會出現(xiàn)系統(tǒng)停機等問題,風(fēng)險大。

變頻控制系統(tǒng)改造最基本的要求就是不能影響礦井的正常生產(chǎn)。為進一步縮小改造風(fēng)險，提高主通風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，本礦機電科技術(shù)人員和變頻器廠家、電控廠家及風(fēng)機廠家進行了技術(shù)溝通和論證，提出了三拖二的變頻器驅(qū)動方式，新增兩套變頻器控制系統(tǒng)，對新增的系統(tǒng)脫離舊系統(tǒng)進行獨立調(diào)試，待新增變頻系統(tǒng)調(diào)試完成后，和主系統(tǒng)對接，原有的兩套變頻控制系統(tǒng)保留一套，作為備用變頻系統(tǒng)，通過切換柜的控制方式，將新變頻驅(qū)動系統(tǒng)為三拖二模式。兩種改造方式的方案對比,見表1.

表1 兩種主通風(fēng)機變頻改造方案對比

4 三拖二變頻控制系統(tǒng)原理和可行性分析

三拖二變頻控制系統(tǒng)有3套變頻系統(tǒng)，其中2套新變頻系統(tǒng)，1套舊變頻系統(tǒng)，正常狀態(tài)下2套新變頻控制系統(tǒng)驅(qū)動1號和2號兩個系統(tǒng)的電機，3號變頻控制系統(tǒng)作為1號和2號系統(tǒng)的備用系統(tǒng)——既可通過切換柜驅(qū)動1號系統(tǒng)電機也可以驅(qū)動2號系統(tǒng)電機，且在3號系統(tǒng)沒有投入運行的狀態(tài)下，1號、2號系統(tǒng)之間可以正常自動切換，當(dāng)3號系統(tǒng)投入運行時，可作為1號、2號系統(tǒng)的備用系統(tǒng)，為保障切換的可靠性，3號系統(tǒng)只能在手動狀態(tài)下切入系統(tǒng)，這樣不光確保了系統(tǒng)高可靠性還能保證操作的安全性。其切換方式見圖3.

圖3 三拖二變頻控制系統(tǒng)切換示意

三拖二變頻控制系統(tǒng)改造實施內(nèi)容如下：

第1階段：高壓系統(tǒng)改造，安裝新變頻控制系統(tǒng)的高壓開關(guān)，并在原高壓配電系統(tǒng)中。

第2階段:為確保系統(tǒng)改造過程中舊設(shè)備的運行可靠性，對舊系統(tǒng)兩套變頻電控設(shè)備進行維護，確保系統(tǒng)改造過程中運行可靠性，維護時間不影響設(shè)備運行。

第3階段：新1號、2號變頻控制系統(tǒng)設(shè)備安裝及獨立調(diào)試，設(shè)備包括：操作臺、PLC柜、低壓柜、1號系統(tǒng)變頻器及切換柜。

第4階段：拆除舊1號變頻控制系統(tǒng)設(shè)備，將新1號變頻控制系統(tǒng)與主系統(tǒng)對接；然后拆除舊2號變頻控制系統(tǒng)設(shè)備，將新2號變頻控制系統(tǒng)與主系統(tǒng)對接，施工期間為單風(fēng)機運轉(zhuǎn)，單風(fēng)機運轉(zhuǎn)時間預(yù)計6d.

第5階段：原變頻控制系統(tǒng)保留一套，接入切換系統(tǒng)，通過切換柜控制方式的改造，新變頻驅(qū)動系統(tǒng)為三拖二模式。

在改造過程中不影響原有系統(tǒng)的運行，基本思路是獨立于原來系統(tǒng)，重新安裝兩套新變頻控制系統(tǒng)，老系統(tǒng)保留一套變頻器接入切換系統(tǒng)作為備用系統(tǒng)。安裝就位后新舊系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接時間完全可控制在一個標(biāo)準(zhǔn)檢修時間段內(nèi)，另外，切換柜中間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用手車式開關(guān)，可以完全抽出，因此，新系統(tǒng)的接入完全不受舊系統(tǒng)的影響。

5 三拖二變頻控制系統(tǒng)穩(wěn)定性討論分析

采用三拖二變頻控制系統(tǒng)，為確保改造后的新變頻控制的穩(wěn)定性和可靠性，選用的新變頻器應(yīng)于舊變頻器規(guī)格型號一致，原因如下：

1) 目前主通風(fēng)機所用變頻器為ABB ACS5000型變頻器，自投入使用以來(在出現(xiàn)元器件老化前)，運行穩(wěn)定，故障率低，使用效果良好。

2) 主通風(fēng)機屬于礦山重要負(fù)荷，為了確保安全運行，經(jīng)與現(xiàn)有的ABB變頻器廠家進行技術(shù)溝通，考慮到不同類型的變頻器在接口、程序、保護等方面存在不一致性，如果使用其他類型的變頻器，可能出現(xiàn)系統(tǒng)不兼容等問題，影響變頻控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3) 由于不同類型的變頻器在結(jié)構(gòu)、尺寸上不一樣，如使用其他類型變頻器，則會影響變頻器的安裝與接線。

6 結(jié) 語

主通風(fēng)機作為煤礦關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其安全性直接影響到礦井井下瓦斯的正常排放，繼而影響到礦井安全生產(chǎn)和人身安全，因此，主通風(fēng)機的運行穩(wěn)定性至關(guān)重要，因而在進行主通風(fēng)機改造時，首先要對改造后主通風(fēng)機穩(wěn)定性進行充分論證和分析。

本文在主通風(fēng)機電控系統(tǒng)改造的基礎(chǔ)上，在確保主通風(fēng)機電控系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，創(chuàng)新的探索了主通風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的運行工藝，選用同型號、同規(guī)格的變頻器和附屬設(shè)備，采用三拖二的驅(qū)動方式，能進一步高主通風(fēng)機的應(yīng)急處置能力，最大限度的提高改造后系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保障主通風(fēng)機安全可靠運轉(zhuǎn)，從而保障礦井安全高效生產(chǎn)，具備一定的可行性。