高压变频器在煤矿主扇风机的应用

作者: admin 分类: 一些分享 发布时间: 2019-05-25 11:47

1 引言

  随着我国经济的发展,各行各业对煤炭的需求量也越来越大,各大型煤炭企业纷纷开辟新的矿井来扩大规模,并且利用各种先进技术以降低生产成本,因此变频器在煤炭行业的需求也就越来越大。

  主扇风机是煤矿通风系统中最重要的设备,它可以说是每一个井下工作人员的呼吸要道,因此它也是煤矿安全生产中最重要的一个环节。长期以来,矿井主扇风机的功率都比较大,而且一天24h不间断运行,矿井所需的风量都是通过调节风门挡板或叶片角度来实现,根据反风及开采后期运行工况要求,所设计的通风机及拖动的电动机的功率,通常远大于煤矿正常生产所需的运行功率。风机设计的余量特别大,在相当长的时间内风机一直处在较轻负载下运行,因此,煤矿通风系统中存在着极为严重的大马拉小车现象,能源浪费非常突出。

2 现场情况简介

  崔庄煤矿位于山东省济宁市微山县,其主扇风机担负着整个矿井的通风任务,要求安全稳定性极高,因为风机一旦停机,短时间内就将造成全矿无法正常生产,其控制方式采用调节风门开度的大小来调整风量,这样,不论生产的需求大小,风机都要全速运转,而运行工况的变化则使得能量以风门节流损失消耗掉了。不仅控制精度受到限制,而且还造成大量的能源浪费和设备损耗,从而导致生产成本增加,设备使用寿命缩短,设备维护、维修费用高居不下,针对这种情况,矿领导经过论证,最后决定选用山东新风光电子科技发展有限公司生产的jd-bp37系列的高压变频调速器,对主扇风机进行调速节能改造。

3 风光高压变频器的突出特点

  (1)采用高速dsp(tms320f2812)作为中央处理器,运算速度更快,让控制更精准,系统升级更方便。

  (2)飞车启动功能:能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。

  (3)瞬间掉电再启动功能:运行过程中高压瞬时掉电3s内恢复,高压变频器不停机,高压恢复后变频器自动运行到掉电前的频率。

  (4)线电压自动均衡技术(采用中性点漂移技术):变频器某相有单元故障后,为了使线电压平衡,传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压,而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角,在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。

  (5)单元内电解电容因采取了公司专利技术(专利号zl 2003 20107356.2),可以将其使用寿命提高一倍;高压提升机产品采用了更长寿命的电力电容。

  (6)运行过程中外部频率给定信号出现故障(短路或开路),整机维持故障前的运行频率不变,并能给出报警信号。

  (7)单元串联多重化结构,模块化设计。这样igbt承受电压较低,可以有较宽的过压范围(1.15ue),设备可靠性更高。

  (8)具有双路ac控制电源,一路为干式变压器变压以后的ac电源,一路为外部控制电源,这样在调试过程中,无需加入高压主电,就可以检测输出波形的正常与否。对于在现场安装调试以及人员培训很方便,同时也大大提高了培训和运行的安全性。

4 现场设备技术参数

  电动机参数如附表所示。

  附表 电动机参数

  风机类型:轴流风机。

  设备布置采用抽出式通风方式,配备反风道反风,扇风机与电动机设于主机房内,主机房为双层工业厂房,风道为半地下式。吸风侧设两个立闸门,两个水平反风门,扩散器侧两个水平反风门,每个风门各用1台风门绞车进行操纵,风门绞车采用就地操作。

  传动方式:直接传动。

  调节方式:手动操作风门绞车控制立闸门(改变管路阻力特性曲线)。

5 变频改造前存在的问题

  (1)原工矿使用的是绕线式异步电机转子串电阻启动方式,启动为有级启动,启动时有冲击、不稳定,造成了大的机械冲击,导致电机寿命大大降低;

  (2)转子串电阻启动时,控制系统复杂,故障率高,接触器、电阻器、绕线电机电刷容易损坏,维护工作量大;

  (3)启动时电流过大,对电网冲击很大,影响电网的稳定性;

  (4)主扇风机设计上余量大,主扇风机一直处在较轻负载下运行,由于采用档板调节,因此造成能源浪费,增加了生产成本;

  (5)自动化程度低,影响整体系统安全性。

6 变频控制方案

  为了满足安全生产,选用一套6kv变频器,通过切换,可以在变频器故障状态下,切换到工频状态运行,其主回路如图1所示。

  qs1、qs2、qs3为三台高压隔离闸刀,qs1、qs3处于变频运行回路上,km1、km2为变频上电瞬间实现限流电阻切换时所用,k10为用户工、变频转换改造时对转子回路加一个转换开关。变频运行时,qs1、qs3闭合,qs2断开,k10打到变频位置;变频上电后,通过内部程序km2会自动吸合将限流电阻引入主回路以消除大电流冲击,上电3s后,km1吸合,km2断开变频可以投入运行。工频运行时,qs1、qs3断开,qs2闭合,k10打到工频位置,实现原来的串电阻启动方式。

  这是高压变频器工变频手动切换的典型应用,qs1、qs2、qs3不能同时闭合,这三个闸刀在机械和电气上都实现了互锁。

  另外,为了安全,变频故障信号和上一级的高压开关柜也实现互锁,实现高压故障连跳功能。

  风光高压变频器采用功率单元串联多电平结构,由控制柜、变压器柜、单元柜和开关柜组成。

  每个功率单元结构上完全一致,可以互换,为基本的交-直-交单相逆变电路,整流侧为二极管三相全桥,通过对igbt逆变桥进行正弦pwm控制,其电路结构见图2所示。

  高质量电源输入:输入侧隔离变压器二次线圈经过移相,为功率单元提供电源,对于6kv而言,每相有5个功率单元串联,相当于30脉冲不可控整流输入,消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流,大大抑制了网侧谐波(尤其是低次谐波)的产生。变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足ieee519-1992和gb/t14549-93《电能质量公用电网谐波》标准对谐波含量的最严格要求,无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰。正常调速范围内功率因数大于0.96。无需功率因数补偿电容,减少无功输入,降低供电容量。

  完美的输出性能:单元脉宽调制叠波输出, 6kv系列每相5个单元,大大削弱了输出谐波含量,输出波形接近完美的正弦波,其输出波形如图3所示。

7 现场应用情况

  崔庄矿选用型号jd-bp37-400f风光变频器,于2008年10月20日开始安装调试,2008年10月25日一次性投运成功。变频运行后,风门全部打开,运行频率43hz,运行电流24a,负压1700pa,不仅完全满足煤矿生产工艺要求,而且用户操作非常方便。变频器运行非常稳定。

8 节能计算

  按工频和变频运行实际电流计算,计算数据取2008年技术测定:

  工频运行时,风门开度为2m左右,运行电流在43a。

  工频运行时功率和一天耗电量:

  p1=1.7326430.77=344.08kw

  n1=344.0824=8257.90kwh。

  变频器运行时,风门全开,运行电流在24a,由变频器调节风机速度来满足风量要求。

  变频运行时功率和一天耗电量:

  p2=1.7326240.958=238.93kw

  n2=238.9324=5734.32kwh。

  节电率:

  (n1-n2)/n1=(8257.90-5734.32)/8257.90=30%。

  节约电费计算:

  以该矿电价0.6元/ kwh计算,工频24h耗电费:

  8257.900.6=4954.74元。

  变频24h耗电费:

  5734.320.6=3440.59元。

  变频改造后,日节约电费:

  4954.74-3440.59=1514.15元。

  一年以300天为标准计算,年节约电费:

  1514.15300=454244.4元。

9 其他效益

  (1)实现电机软启动,减小启动冲击,降低维护费用,延长设备使用寿命;

  (2)系统安全、可靠,具有变频故障转工频功能,确保风机连续运行;

  (3)控制方便、灵活,自动化水平高;

  (4)输入谐波含量小,不对电网造成污染;输出谐波含量低,适合所有改造项目的普通异步电动机;

  (5)界面全为纯中文操作,非常符合国人特点;

  (6)安全保护功能齐全,除了过压、过热、过载、短路等自身保护功能外,还设有外围连锁保护系统,提高了系统的安全稳定性;

  (7)能采集各台扇风机运行的工艺参数、电器参数、电气设备运行的状况。

  主扇风机可由plc进行控制,严格按控制程序进行控制,并对扇风机正常切换和故障切换进行控制和操作指导,且在控制柜实现硬件闭锁控制。

  在控制站显示扇风系统工艺参数表、电气参数、设备运行状态(工作、停止、故障)以及报警参数表等。

  自动建立数据库,对于重要的工艺参数、电气参数自动生成趋势曲线。

  当运行风机发生故障时,利用运行记录的曲线对故障进行分析和处理。

  在条件具备时,可实现远控,达到无人值守。

10 结束语

  崔庄煤矿主扇风机经过变频改造之后,不仅达到了良好的节能效果,并且使整套通风系统的稳定性提高了一个大台阶。随着国家对节能减排工作的越来越重视,煤矿企业通过各种措施降低生产成本,其中变频技术起到了关键作用,取得了明显的经济效益和社会效益,适应了国家建设资源节约型社会的潮流。

如果觉得我的文章对您有用,请随意打赏。您的支持将鼓励我继续创作!