[经典案例] 矿用对旋风机变频调速高效安全更节能

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发表于 2015-10-20 10:25 |只看该作者 |正序浏览

矿用对旋风机变频调速高效安全更节能

来源：大连普传科技有限公司
前言
矿井主通风机用于向井下提供新鲜风流、排除污浊空气和有害气体，对煤矿的安全生产影响重大。矿井主通风机全年不停地运行，其电耗量较大，平均电耗约占矿井电耗的15％。近年来，我国矿井多采用对旋式通风机，该类型风机采用交流异步电机双电机拖动。该类型风机传统的调节系统是根据风量所需的多少，靠调节叶片角度来实现的，这种调节必须在风机停机时才能进行，只适合较长阶段的风量调节，调节起来也不方便，可调范围也不大（一般一度为一单位），电机全速运行，节电不明显。另一种调节系统是调节风机电机转速，通过比较变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。

对旋风机工作原理
将一个叶轮装在另一个叶轮的后面，而叶轮的转向彼此相反，称为对旋型轴流通风机，或者对置式轴流风机。煤矿所使用的对旋轴流风机因其主要由该通风机采用两级叶轮对旋式结构，两级叶轮分别由容量及相同型号电动机驱动，两个叶轮旋转方向相反，从进风口看，第一级叶轮顺时针方向旋转，第二级叶轮则按逆时针方向旋转。当空气流入第一级叶轮获得能量后并经第二级叶轮排出，第二级叶轮兼备普通轴流风机中静叶的功能，在获得正直圆周方向速度风量的同时，增加气流的能量，从而达到了高效率、高风压。

矿用风机存在的问题
矿用对旋轴流通风机（俗称主扇风机）是煤矿“呼吸系统”的中枢，须 24小时不间断运行。一般每个矿井至少配备两台主通风机，一用一备。由于煤矿企业复杂的生产条件和环境影响，在主扇风机选型上根据煤矿反风及开采后期运行工况来设计选型，一般主通风机及拖动电机的功率，远大于煤矿正常生产所需的运行功率，造成了大马拉小车的普遍现象，耗能相当严重。如何降低企业的生产运营成本，提高生产效率是煤炭生产企业需要解决的主要问题。
从主扇风机选型的过程和煤炭生产的实际情况，主扇风机在长期恒速运行中存在以下问题：
1、电能的严重浪费
主扇风机设计上余量大，一直处在较轻负载下运行。由于采用档板调节风量，因此造成电能浪费，增加了生产成本。
2、启动困难，机械损伤严重
主扇风机采用直接启动，启动时间长、启动电流大，对电动机的绝缘有着较大的威胁，严重时甚至烧毁电动机。而高压电动机在启动过程中所产生的单轴转矩现象使风机产生较大的机械振动应力，严重影响到电动机、风机及其它机械的使用寿命。
3、自动化程度低
主扇风机依靠人工调节档板，不具备风量的自动实时调节功能，自动化程度低。在故障状态下，将对矿井正常生产造成严重安全隐患。

变频器应用的必要性
1：对电网的冲击问题
由于传统的电机是直接启动，所以，必会对电网有很大的冲击；
变频控制：变频驱动方式下电机的起动是从零速到设定转速的一个加速过程，而且该过程完全可控，整个启动过程的电流都是在电机额定电流以下，不存在对电网的冲击；
2：降低变压器容量
由于传统的电机是直接启动，启动需要6-8倍的额定电流，如果满足电机的启动，因此，上级电网中势必需要一个比较大的变压器来解决；
变频控制：变频驱动方式下电机的起动，整个启动过程的电流都是在电机额定电流以下，只需标配就行；
3：改善启动过程，提高安全性
对旋风机是用了双电机，如果用传统的直接启动同时启动，必然会有很大的冲击电流，为了缓解这个问题，就需要分级启动，即一级启动完成，再启动另一级风机，这样启动就相对降低了对变压器冲击，但是这种启动方式容易产生涡流，从而造成有时会造成启动不成功，就需重新启动，这样就增加了安全隐患；
变频控制：变频驱动方式下电机的起动，整个启动过程的电流都是在电机额定电流以下，不存在对电网的冲击，因此，两极风机就可以同时启动；
4：解决了功率不平衡
由传统的对旋风机主要是靠调节风机的角度，来调节负压、风量，这样一来，在某一个角度下，随着井下工矿的改变，两级对旋风机的功率相差较多，I级电机功率与II级相差能达到将近40%左右；
变频控制：由于变频控制能使风机运行在0-50HZ任意频率，从而可以选择合适的角度，配合调节风机的转速，使风机在较高的运行效率区间运行，这样就能解决功率不平衡问题；
5：节能
传统的控制模式随着工矿的变化，风机不能随时调节风叶角度，使风机长期在较低的运行效率区间运行；
变频控制：在运行中，可以随时调节风机的转速，使风机适应工矿的需求，使风机在较低的运行效率区间运行，从而达到了节能的目的，同时也提高了矿井的安全性。

应用案例
变频调速器作为一种新型的电力变换装置，已成熟地应用到工业生产的各个方面，不但启动容易，节能效果显著，而且对电机保护功能齐全。
河南某煤矿，使用4台（660V/160KW/8 极电机，额定转速710RPM）风机，两个一组（1#2#；3#4#）组成两个对旋风机，一用一备，为矿井通风。其中，1#和 3#风机为小扇叶结构做抽风机、2#和 4#为大扇叶结构做送风机。我们使用普传 PI9430 220F6（690V/220KW 风机水泵型）变频器4台对该煤矿的对旋风机进行节能改造，变频器采用端子运行、外接电位器调速。
具体调试情况，如下：1#与3#变频器参数设置相同，使用了键盘上传下载功能。
F0.13 加速时间 80 秒 F3.01 追踪方式 3，转速硬跟踪方式
F0.14 减速时间 100 秒 F3.07 停机方式 1，自由停车
F3.00 启动方式 1，速度跟踪再启动 F4.01 转矩提升 0.0%，自动转矩提升
2#与 4#变频器参数设置相同，使用了键盘上传下载功能。
F0.13 加速时间 100 秒 F3.05 DC 预励磁电流 70%
F0.14 减速时间 100 秒 F3.06 DC 预励磁时间 4 秒
F3.00 启动方式 2，预励磁启动 F3.07 停机方式 1，自由停车
F3.01 追踪方式 3，转速硬跟踪方式 F4.01 转矩提升 4%

四台变频器相同优化参数如下：
F4.11 震荡抑制增益为 0（出厂为 5）
FB.00 快速限流使能为 0，不使能（出厂为 1）
FB.03 死区补偿模式为 0，不补偿（出厂为 1）
FB.04 电流检测补偿为 0（出厂为 5）
FB.06 DPWM 切换上限频率 1（出厂为 12Hz）
其余参数，为出厂设定值不变。
现场调试的时候要注意一组中两台变频器的启动顺序，最好是同时启动，也可以启动一台，等待半分钟之后启动另一台，千万不能等一台完全启动之后再启动另一台，这样可能会使后启动这台变频器报故障。需要注意的是煤矿对旋风机变频调速后，一般情况下要求两台电机的运行频率尽量一致，从而保证电机转速一致。避免一台转速高，一台转速低，形成风阻,影响风机的正常运行。由于现场电机与变频器安装距离比较远，建议变频器、电机分别接地效果会比较好。

改造后的效果
1：普传科技PI9000系列变频器起动对电网没有任何冲击。变频器改造后风机可以实现软起动，避免了起动时大电流的冲击，对电网没有任何冲击，而且还可以随时起动或停止，操控也比较方便；
2：按需要的风量来调节电机转速，避免了电能浪费。进行变频改造后，风机的送风量不再需要由风门来调节，也不需对叶轮角度调节，而是由变频器驱动调节风机的转速来实现，调节范围理论上可以从 0%—100%（因，轴流风机特性，低速时效率会快速降低，一般会设置一个下限频率）；因而可以根据生产需要随时调节风量，减少了不必要的能源浪费；
3：变频节能运行，节约了大量电能。由于变频改造后不再使风机一直处于满负荷工作状态，而是随速度变化运行在变负载状态。视负载情况，节电率可以达到 20%～65%；
4：降低风机机械冲击，延长使用寿命。进行变频改造后，风机的大部分工作时间都在较低的速度运行，因而大大降低了风机的机械磨损和电气冲击，延长风机的使用寿命，减少维修量，降低了维修成本；
5：电机和风机运转速度下降，润滑条件改善，传动装置的故障下降；
6：系统压力降低，管道的压力和密封等条件得到改善，延长了使用寿命；
7：自动化程度提高。系统完善的监控性能和高可靠性提高了工作效率，减少了人工检修和维护的工作量；
8：可有效降低风机运行噪声，有效改善工作环境。

总结
矿井通风安全是煤炭生产的重中之重，通风系统建设要本着高安全性、可靠性、可控性和节能环保的原则进行设备选型和整体系统规划，完善合理的控制环节的加入是这些关键性问题的保障，同时，作为驱动系统的主体设备——变频调速装置的控制方式在上述中也被凸显出来，实际证明，采用普传科技 PI9430 220F6 变频器改造后，运行效果非常好，改善了操作工艺，节能空间非常大，可以为企业带来可观的经济效益，因而，普传PI9000系列变频器在对旋风机上的应用是值得大力推广的。