矿井主通风机及电气控制系统问题处理

宋兆贵

矿井主通风机是矿井通风的主要设备，其运行可靠性直接关系矿井和人员安全。近年来，对旋式主通风机和高压变频器等在技术改造和使用中出现一些问题，给矿井安全生产带来隐患，影响企业经济效益。下面介绍神华宁夏煤业集团石嘴山金能分公司矿井主通风机出现的问题及处理方法。

问题1 为避免对旋式主通风机掉下的螺丝等卡划铝质风机叶片和机体（铁质外壳）产生火花造成从井下抽上的含瓦斯气体发生爆炸，在机体两级风机叶片正下方均装入一层保护铜带（一般厚度为10mm、宽度为100mm，铜带与风机叶片摩擦不易产生火花），保护铜带边缘翘起，两级风机叶片大部分被打断，轮毂个别处开裂。

分析和处理 一般用铜铆钉将保护铜带直接铆在风机壳体。对旋式主通风机抽出的（矿井通风方式为抽出式）井下腐蚀性潮湿气体导致铜带和铜铆钉锈粘在一起，而且主通风机多安装在室外，夏晒冬寒，铜铆钉因铜、铁膨胀系数不同（铜膨胀系数大于铁）而产生的剪切力作用，大部分被剪断（表面上铜铆钉铆接良好，即使用锤子敲击也不易脱落）。当气温突变，铜带受力使接头处翘起或整块脱落，由于铜带与风机叶片间隙仅为2～5mm，翘起铜带刮卡高速风机叶片，轻则两者卡死，风机负荷增大，设备保护动作停机，重则打掉风机叶片。而一旦打掉一个风机叶片，该叶片被风机带动在机体内高速旋转，很快两级风机叶片全部被打掉，冲击力导致轮毂个别处开裂。近两年此类问题仅在西北地区就发生过10多起，为此给出如下建议：

（1）风机安装1年后，必须每半年打开风机仔细检查保护铜带，三年后更换。

（2）风机制造厂家不要选用长度≥2000mm的保护铜带，若维护不及时将造成铜带边缘翘起，出现上述问题。应尽量选用长度约为500mm的铜带，一旦铜带边缘翘起，被风机叶片刮卡容易掉下卡住叶片，造成风机保护装置动作停机，避免发生事故。

（3）设计单位要明确要求风机制造厂家加装保护铜带时不能直接贴在风机外壳上，应在两者之间加装一层隔热材料，可有效避免铜铆钉被环境温度变化产生的剪切力剪断。

（4）风机制造厂家选用新材料或新工艺代替铜保护带，如胶体材料等不易脱落，即使部分脱落仅导致风机保护动作。

问题2 金能分公司中高压变频器拓扑结构为五电平叠加（图1），当电网电压大幅波动时，变频器的主控板、信号采集板、触摸屏等部件烧坏率高达80%以上。为防止雷击产生的跨步电压使人员触电，将建筑物防雷接地和设备保护接地接成一个大型接地网，接地电阻符合《煤矿安全规程》要求，但问题依然存在。

分析和处理 为确保矿井安全生产，《煤矿安全规程》要求主通风机停机事故时间不能大于10min，为此主通风机电气控制系统多采用带旁路启动方式。电控厂家将变频器、移相变压器、旁路启动器件安装在一个整体柜内，主控板、信号采集板、触摸屏等控制板安装在柜内侧板上，采用与柜子共地方式，直接通过铜螺丝和侧板、柜子连接在一起（图2）。由于控制板耐压较低，当雷电等大电压波动时，大电流通过接地网串入控制回路，烧毁控制板。

重做一个小型独立接地极，将变频器主控板等耐压低的设备接地螺丝全部与高压接地系统分开，单独用铜线引至小型接地极上（图2虚线）。

问题3 矿井主通风机以前多用反风道进行反风，反风系统复杂，投资及维护量大。目前对旋风机反转反风量完全符合《煤矿安全规程》要求，因此现在多采用风机反转反风。主通风机采用两象限变频器反风，变频器启动至30多赫兹时，直接跳闸，功率单元模块损坏（图3）。

分析和处理 这类故障多发生在中高压变频器，主要原因有：①功率单元模块内部控制部分小电容质量差、IGBT及整流二极管耐反击穿电压能力低。②主控板某些元件耐压低。为此给出如下建议：

（1）设计单位设计主通风机变频器旁路时，一般设计成带正反转回路（图4），避免出现进风巷道发生火灾时矿井无法反风等情况。

（2）投运前一定要将主通风机叶片调到最大角度，且频率调到50Hz，试验变频器反转反风时能否正常工作。