腾龙煤矿主通风机变频技改方案

李志强

前言

本文介绍了风光牌高压变频器在正兴煤业主扇风机上的应用情况。根据实际运用效果来看，高压变频器能有效地改善煤矿主扇风机设备的调速节能效果，并且有助于提高社会经济效益。

1、风机的用电现状

能源关系着国计民生，是不可或缺的，我国正处于社会主义建设的初级阶段，其中经济建设对能源的需求量很大，能源的供不应求会制约经济建设的发展。国务院针对能源方面提出“节约与开发并重”的政策，其具体内容是把节约能源与解决能源作为技术经济政策。

据有关部门统计，在全国有将近有1500万台电动机，作用在压缩机、风机等设备上，其用的电量比例为全国的50%左右，大部分电动机的电能利用率较低，若能够将它们的电能利用率提高10%到15%，那么我国每年可节约300亿千瓦的电量。

在设计的过程中计算管网的阻力是很困难的，鉴于在运转过程中有可能发生各种意想不到的问题，一般情况下选择风机型号的依据是最大风量和风压裕度，但是在实际中，想要选择到合适的风机的可能性很小，因为风机的型号以及系列都是有限的，故在选择时都是按照接近原则进行选择的。故要想满足生产工艺对风量的要求，我们只有一种方法，那就是节流调节法。具体的操作就是在风机转动时开大或者开小风门或者风道挡板的程度来决定风量的多少，外加人為刻意的去增加阻力，加强管道系统的损坏。

2、用户介绍

截至2012年，贵州大西南矿业有限公司腾龙国照煤矿一直使用涡轮式通风机（70B2）作为通风设备。涡轮式通风机不仅效率低（最高只能达到60%）而且能量损失大。其中效率低影响涡轮通风机的调速运行，通过控制风量和风压来达到调速的目的，而对叶片角度的调整能够达到此目的，此煤矿在选择通风设备的型号时，预留的了比较大的余量，并且风机很少在满负载运行。

新型矿井节能风机是湖南湘潭平安风机开发的。该机型是双级叶轮轴流通风机，他的叶片是由铝合金构成的，非常的安全。型线是机翼型扭曲式，可以看到的角度是20度到50度之间。在需求反风的情况下。我们可以直接反转通风机，而不是调整他的其他任何装置。装置最高静压效率达86.5%。此类风机的装置静压效率比老式风机70B2提高近14%，并且产品的高效区域比较宽广。

2.1性能特点

（1）操作系统是windows系统，且界面语言是中文，显示屏为彩色液晶触摸屏；

（2）不需要滤波就能达到要求，不仅风机的输出波形是阶梯正弦PWM型的曲线，而且产生的谐波也是很少的，一定程度上能够减少对设备的震动，输入的功率因素比较高，不需要其他补偿装置，线缆足够长。

（3）功率电路模块化设计，维护简单；

（4）高压主回路与控制器之间为光纤连接，安全可靠；

（5）有比较精确和灵敏度非常高的故障诊断电路、保护装置、报警装置，非常地安全。

（6）设置参数的功能比较齐全完善，能够适用与多种场合。

（7）变频器内部已经放置了能够实现自动控制功能的PLC，更加的自动化，可以用于很多的场景，并且能够实现远程控制，不过实地操作也是可操作的。

（8）可以容纳和流通零到五伏和四到二十毫安的工业公认讯号，而且还能制定个性化、根据客户需求的与众不同的定制。根据用户的个性化定制，譬如增加PID调节器。

2.2主回路控制的改造方法

变频调速系统一般有以下几部分组成：旁路柜、操作控制柜、变压器柜、变频单元柜。其中变频器能够实现全面保护，所以使用变频器很安全、放心，而且在还有旁路柜的保护作用，双管齐下，更加的安全可靠运行，不会受到其他外界的干扰破坏。

D：710kW/10kv异步电动机

DL：用户高压真空断路器

BPQ：JD-BP38-710F高压变频器

K1、K2、K3：高压变频器内置高压隔离开关

旁路柜一定得和前一级高压断路器也就是DL连锁，断路器合闸连通电路时，坚决不可以打开旁路隔离开关和变频输出隔离开关，为了防止这种拉弧现象的产生，同时保证了施工人员和机械设备的安全。

2.3工作过程

开启进风阀→开启电源开关→变频通电→旋转电位器→变频得到模拟量控制信号输电→电机运转→继续旋转电位器 →电机运转频率增加→电机转速增加→当达到工作风量风压时→电位器旋转停止→电机运行在工作频率上。当用风量减少时→反旋电位器→电机转速下降→减小风量。风量可以通过电位器自由调节，能够实现合适的风量满足用户需求，同时也能够满足风机的风量。

2.4设备运行方式

可以在DCS上完全控制变频器的启动关闭动作，变频器具有远程控制的功能，而且可以自动实现频率间的自动转换，非常的方便，此操作简单，易掌握。当出现故障时，实现工频运行，满载时，挡板完全开启，自动化程度高。

3、改造实施方案

3.1建筑施工方案

通过工作人员实地现场查看，发现在已有房间的基础上修建长宽分别为15厘米、8厘米的小房间作为放置变频器的室内空间。

1、变频器柜体尺寸为5200×1500×1900（宽×深×高，mm），参见基础安装图。设备运输时拆为三部分，分别为柜体、顶部冷却风机、干式变压器。其中冷却风机带罩高度约为400mm。

2、柜体的基本构造是要参照他的说明书来安装的。基本构造必须得焊接成一个整体才行。而且还需要提前准备好电缆沟。而且他的整个柜体的基本状态是平整的。把柜体安置在适当的环境里面，不宜放在脏乱差且潮湿的环境中。基础结构推荐选择10#槽钢。这是大众使用之后的推荐。柜体应安装或点焊在基础型钢上，保证基础钢与变频器柜体可靠连接

3、基础型钢一般提前埋在基础里，他的顶部平面和地平面一般都是一样的高度或者比地面高出一点点。基础型钢必须和地面可靠，只有这样才能保证后续操作的安全。这时柜体就理所应当的安装或者焊接在基础型钢上，这样就毫无疑问得确保了变频器和基础型钢的可靠连接。

3.2电气施工方案

1、交流输入电源的特性

（1）电压的连续上下起伏幅度不能大于±10%；

（2）频率的上下起伏不能大于±5%，频率的改变平均每一秒也不能大于±1%；（3）三相电压的失衡的范围也很小，仅仅只是负序分量不能大于正序分量的百分之五；

（4）电源的谐波成份怎么样呢？电压相较于谐波多少的均方数据不可以大于百分之十。主要操控电源一般都是单相，220VAC，5KVA

2、接地原则

（1）在安装过程中一定要确保施工人员的人身安全，接地可靠稳定。

（2）在机械正要开始准备电气安装的时候，应该为管理系统预先准备设计好的专用的接地极，而且接地的电阻必须小于3Ω。

3、安排需求

安排一定要按照安装图纸要求来布置，切记私自更改。为便于维护，所留最小空间必须达到基础安装图所标注尺寸。

3.3空调实施方案

为了使设备稳定运行，需要对安装变频器的房间的温度做适当调整，故需要安装空调来改变室内环境温度，以达到不会因为温度过高是变频器烧坏的目的，保障设备稳定可靠运转。

3.4检修照明箱安装方案

为保证变频小室内的温度稳定，那么空调则需要稳定可靠运行，为了保障空调的供电不受影响，需要安装供电插座；照明及检修电源与空调电源共用。

4、调试步骤

4.1调试前要求

1、变频器已经安装完毕，现场已经清理干净。

2、变频器内部接线已经完成，外部动力线（10000V ）包括进线和出线脱开（但随时可以接上），控制电源（220V 交流电源）接上但其连接空开断开，外部控制线（变频器与DCS、断路器之间的接线）已经接好。

3、变频器里面的空调早就安装测试完成。对应的非低压开关柜和旁路柜也应该处在分开的距离。

4、电机和设备之间联轴器脱节。

5、变频器带动电机操作运转之前，一般来说电机都要先挂电网频率运转八个小时。

4.2送电前的准备流程

1、要仔细检查好变频器的外观和内部是否有损坏老化等現象，还有就是接入线路的检查、变频器的可靠接地检查这些都是必不可少的程序。

2、查看一下图纸和设备里面变频器的里面元件是不是一样的。

3、需要测试一下变压器是不是绝缘状态。

4、最后一点就是保持变频器机械内部的干净整洁。

4.3送220V后的检查

1、随时查看变频器的性能。（厂家）

2、观察不同种类供电设备的电压数据是多少。

3、查看不同部位的零件上电后的功率怎么样。

4、检查变频器预先计划的数据，然后根据实际情况设定变频器的正常安全运行参数。

4.4变频器主回路耦合充电试验

1、拆除变压器进线及变频器出线动力电缆，在变压器的辅助380V 绕组上接上一路380 电源（用60A 空开控制）。

2、控制电源送220V，将变频器打到就地工作状态，将功率柜内的一个模块B1 推到工作位置，其余保持隔离状态。

3、停止380V电源，恢复刚才解开的变压器进线、变频器出线动力电缆。

4.5 变频器上电及断路器逻辑试验

1、断路器柜上控制电，将1DL 、2DL 和3DL 摇到试验位置，就地和远程分别检测断路器分合状态和互锁情况。

2、变频器控制系统上电，设定变频器控制参数。

3、温度参数设置合理，变压器的报警装置温度控制在85℃，跳闸的温度控制在125℃。

4、立刻坐下和远距离操控变频器，核实DCS 为定模拟量和变频器的触摸屏表达的频率是不是一样的。

5、我们可以参考调节试验大纲来考核变频器是怎样的一个的保护状态。

6、停机后将进出断路器同时分掉，断开高压，准备带电机运行。

4.6工频带电机试验

1、确认电机与机械联轴器分开。

2、在电机的确能够运行的条件下做实验。

3、电机旁边应该有专业的人手机，一旦有奇特现象产生时就立刻使电机停下。

4、我们把变频器的进线和出线还有一个就是旁路断路器换到工作的地点。

5、远程开启合闸旁路断路器，工频启动电机。

6、如果电机方向不正确，那么就断开电路，调整成10kv 进线相序。

5、为保险起见，须注意的地方

5.1机械安装的进程中应该注意的安全问题。

1、机械必须经市级质量技术监督部门检验合格。工作人员上岗前需要经过专业训练，然后考核合格即可上岗否则视为违规上岗。严禁无证操作。

2、所有机械设备都应该设置被破环失效的最大载荷，避免造成不必要的人身伤害。不能有任意一款及其可以超负荷使用。

3、设备起吊过程中下面不准有人存在，避免意外情况发生产生伤亡。

4、在比较高的状态下工作，一定要系好安全带。

5.2机械在调节试验的进程中应该注意的一些问题。

1、经过此次质检严格检查审核，最后鉴定这次的改建工作富有成效，已经安装的装置资料证件完备齐全，具备投入运行的标准，符合国家规定，发放证书准许运行。

2、在设备的检验周围环境中，宽敞明亮，道路没有拥堵，一路顺风，以及安全设施齐全。

3、检查设备的绝缘状态，及时发现问题并当时解决，安排专业人员定期维护。

4、实践中使用的线路图与设计图纸相吻合，没有丝毫差错，编号与实际使用中的设备相吻合，测试后稳定运行。

5、首先确保连锁逻辑反映是否正确，否则立即整改，然后测试逻辑、画面的组态是否正确，如若正确，则进行逻辑模块的初始参数的设置，并且按照国家标准设置，确保准确无误。

6、校验设备需要保护功能模块及其使用效果，以及设备的某些常量，准确核验。

7、对新设备的试运行的校验核对准确无误后，应对在现在参与人员进行写入档案加以备注。

8、仔细全面的检测带电设备以及周围环境状况，排出不必要的风险，避免造成不可挽回的损失。

9、如果在检测的过程中发生故障造成事故，所有人员必须马上撤离现场，并且立即控制现场不准任何人员靠近，以免造成更大的伤害。

10、凡事有关于改良和调节试验设备的全部员工都应该把机械设备的相关规章制度铭记于心，每个人应该做的事情和她们自身的职责所在更是一点也不能马虎，这样不仅仅可以极大的减少安全事故的发生。因为每个人都对发生现场的事故有着重大的责任。

6、节电计算

6.1风机节电计算公式

综上所述，变频器确实能够给我们带来节约用电量，减少每月的成本开支，同时能够节约人类可以利用的有限资源，这是变频器最大的功用了，实现了它的价值。按照GB12497-1995《三相異步电动机经济运行》的相关规定，应按照下面的计算公式计算。

6.2节能计算

通风机功率为580KW，现总风量5760m3/min。

因为在使用风门调整风量时，风机所需轴的功率为590千瓦，变频器的节电率为0.365。

（1）如今平均每一年省电量的计算方式如下

省电量=300X24x580x0.364=1520064kW·h

（2）如今平均每一年省电费的计算方式如下（电价按0.6元/计算）

单价x用电量=0.6x1520064=760032元

6.3实践应用状况

风机开始使用变频器改善之后再开始运作后，电流从曾经的三十五安跌落到现在的二十六安的样子，运行频率35Hz，输入电流26A，输入电压10.0kV，输出电流35A，风机电机功率从580kW下降到450.0kW，一年节电量1520064kW·h，实际年节电费用760032元，与理论计算值基本吻合。

7、变频改造的其他优点

（1）变频器能够有效减小启动时的电流对风机装置及设备的伤害，而且使用变频器后能够使风机软启动，还能够延长设备的寿命，有效地降低了设备的更换率，节约了经济成本。

（2）采用变频器调速效果甚好，不仅可以根据需求量改变风量的大小，而且调速的精度相当好线性度也很好，从而节约了电量。以前没有采用变频器时，需要通过调整叶片角度的方式来调节风量的大小，然而现在不需要通过这种方式，只需改变电机的转速即可达到此目的，大大地节省了成本开支和人力资源的浪费。

（3）降低了风机的工作强度，延长了使用寿命。使用变频器后，对风机的速度做了很好的优化，处于速度较低的状态下运行，减少的机械震动，提高了强度和抵抗冲击的能力，在很大程度上延长了使用年限。提高了风机的安全运行系数和运行周期。

（作者单位：贵州大西南矿业有限公司）