礦井通風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)與技術(shù)管理

高鳳義

摘要：通風(fēng)機(jī)是礦井重要設(shè)備之一，對(duì)安全生產(chǎn)有著重要作用。為了保證礦井通風(fēng)流暢和通風(fēng)機(jī)高效運(yùn)行，提倡采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)。將變頻調(diào)速技術(shù)更好地用于礦井通風(fēng)機(jī)上，已經(jīng)成為相關(guān)部門的迫切課題。本文主要對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)與技術(shù)管理進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)機(jī)；變頻技術(shù)；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

礦井通風(fēng)機(jī)采用了變頻調(diào)速，不僅可以實(shí)現(xiàn)軟起停，大大節(jié)約了資源，而且還能夠根據(jù)通風(fēng)巷道的風(fēng)量需求靈活調(diào)速，取得效果比較理想。隨著變頻技術(shù)日益成熟，變頻設(shè)備可以作為單獨(dú)的設(shè)備出現(xiàn)在市場(chǎng)上，通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速改造中，原來設(shè)備、供電系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)等不需要做出變動(dòng)，把變頻器買回來直接連接電源，進(jìn)行軟件設(shè)置就直接投入使用，方便快捷，花費(fèi)時(shí)間短，可靠性能很強(qiáng)，維修起來方便，改造后的通風(fēng)機(jī)把變頻控制系統(tǒng)和瓦斯監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)，可以在瓦斯涌出量變大的時(shí)候自動(dòng)增加通風(fēng)量，沖淡瓦斯，有效防止事故發(fā)生，提高了礦井安全性。

一、變頻調(diào)速技術(shù)概述

在工業(yè)生產(chǎn)中，電力拖動(dòng)被廣泛采用，電力拖動(dòng)耗電量占據(jù)工業(yè)生產(chǎn)總耗電量的一半左右，但是電力拖動(dòng)離不開調(diào)速，選用先進(jìn)合理的調(diào)速技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能，保障設(shè)備的運(yùn)行安全。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，是一項(xiàng)現(xiàn)代化的高科技，主要用該改變電機(jī)的頻率和電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。這種技術(shù)比傳統(tǒng)直流電機(jī)調(diào)速更快捷，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。其特點(diǎn)是平滑調(diào)速、調(diào)速范圍寬、效率高、性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能全、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。變頻調(diào)速在工業(yè)生產(chǎn)中能夠保持最佳的參數(shù)，是理想的調(diào)速方式，具有廣闊的發(fā)展前景。

變頻調(diào)速把電網(wǎng)交流電通過變頻器有效的轉(zhuǎn)為電壓和頻率都可以調(diào)節(jié)的交流電，之后供給電動(dòng)機(jī)，在變速情況下運(yùn)行，一般而言，電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)油泵旋轉(zhuǎn)供油，把電動(dòng)機(jī)和油泵連為一體，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)供油，可以說供油系統(tǒng)變頻調(diào)速的實(shí)質(zhì)就是電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。

二、變頻技術(shù)在通風(fēng)機(jī)應(yīng)用中具有的優(yōu)勢(shì)

變頻技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的優(yōu)勢(shì)主要包括以下方面：首先，與傳統(tǒng)不同，變頻技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的使用能夠提高機(jī)器的調(diào)速效率。變頻技術(shù)的主要特點(diǎn)在于可以靈活改變?cè)O(shè)備的頻率，當(dāng)頻率發(fā)生變化之后，通風(fēng)機(jī)仍能夠在該頻率的同步轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行。能夠保持基本的額定轉(zhuǎn)差率，但是不增加轉(zhuǎn)差損失。變頻調(diào)速時(shí)候的損失，也只是在變頻裝備中產(chǎn)生變流損失和高次諧波影響，才使得通風(fēng)機(jī)的損耗有所增加，相應(yīng)的效率也就下降。因此，變頻技術(shù)是一種高效的調(diào)速方式。其次，變頻技術(shù)的調(diào)速范圍很廣，一般可以達(dá)到50hz，在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)具備較高的調(diào)速裝置效率，變頻的調(diào)速方式使用調(diào)速的范圍寬，并且常常處在低速狀態(tài)下的運(yùn)行負(fù)荷。第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是必要的時(shí)候，變頻裝置能夠推出運(yùn)行，由電網(wǎng)直接供電。這有利于通風(fēng)機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在接近50hz的范圍工作時(shí)，變頻裝置的調(diào)速經(jīng)濟(jì)性能不高，變頻裝備退出。電網(wǎng)直接供電之后，改用節(jié)流等常規(guī)的調(diào)控方式。第四個(gè)優(yōu)點(diǎn)是操作比較方便，通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間由原來的八分鐘減少到現(xiàn)在的一分鐘之內(nèi)。操作方便，并且能夠根據(jù)礦井的風(fēng)量需求做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

三、變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)中應(yīng)用

1、變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

礦井通風(fēng)機(jī)的作用是向井下提供新鮮風(fēng)流和排除井下渾濁空氣和有害氣體，是煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。然而傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量依靠調(diào)節(jié)風(fēng)門實(shí)現(xiàn)。這種調(diào)節(jié)方法不僅調(diào)節(jié)不便、且浪費(fèi)時(shí)間，加之采用直接或間接降壓?jiǎn)?dòng)，使大功率電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)、電流較大；保護(hù)功能不全時(shí)，易使電機(jī)受損，也使電網(wǎng)受到?jīng)_擊，造成供電系統(tǒng)跳閘。礦井通風(fēng)機(jī)采用節(jié)能型變頻器技術(shù)，能在一定程度上解決上述問題、促進(jìn)煤礦生產(chǎn)順利進(jìn)行，并且節(jié)約能源。某礦井下裝有2臺(tái)對(duì)旋風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)配置450kV、6kV防爆型電機(jī)，雖其葉片角度能調(diào)到最小，風(fēng)門也能調(diào)節(jié)風(fēng)量，但其效率低、運(yùn)行狀況差、能源浪費(fèi)大、維修量也大，導(dǎo)致井下風(fēng)機(jī)不能很好發(fā)揮作用，也不適應(yīng)時(shí)代要求。后來該礦將變頻調(diào)速技術(shù)用在礦井通風(fēng)機(jī)上，仍是2臺(tái)參數(shù)一樣的電機(jī)，采用1臺(tái)1000kW的高壓變頻器，對(duì)2臺(tái)電機(jī)進(jìn)行控制并實(shí)行開環(huán)定速運(yùn)行，風(fēng)量風(fēng)壓控制在滿足礦井需求時(shí)，可將能耗降至最低，并能減少維修工作量。

2、變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用中的注意問題

2.1注重選擇和設(shè)計(jì)問題

對(duì)于礦井通風(fēng)電機(jī)來說，功率一般都在3000kW以上，屬于高壓變頻，合理選擇變頻器十分重要；應(yīng)從礦井通風(fēng)實(shí)際需求選用經(jīng)濟(jì)適用的變頻器，而且應(yīng)對(duì)變頻器進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，是否適應(yīng)風(fēng)量需求，畢竟風(fēng)機(jī)安裝好后需對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)；風(fēng)量大小是由電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。當(dāng)井下沒有明顯變化時(shí)，風(fēng)量、風(fēng)壓變化是不大的，能保證風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，其輔助功能也相對(duì)較小，其保護(hù)功能也能滿足風(fēng)機(jī)基本需求。

2.2注重電路問題

正常情況下，變頻控制電路是由三相整流器、三項(xiàng)逆變器、電流電壓檢測(cè)電路等構(gòu)成。實(shí)際運(yùn)行中，三相整流器會(huì)將三相電流直接轉(zhuǎn)換為直流電給逆變器為其提供直流電源，再利用大電容濾波儲(chǔ)能來恒定電源電壓。在此基礎(chǔ)上，將直流電轉(zhuǎn)化為交流電傳給電動(dòng)機(jī)供電。在此情況下，電容和直流電源的充電回路中，會(huì)有適當(dāng)?shù)碾娮鑼?duì)充電電源進(jìn)行相應(yīng)控制。一旦電容上的電壓達(dá)到一定值時(shí)，可以先將電阻切除，以減少電流工作限流電阻上的功率受到損失，以防止長(zhǎng)期傳入限流電阻增加后而造成不必要的損耗。

2.3注重節(jié)能問題

變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)中應(yīng)用時(shí)，并不總是節(jié)約電能的。當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中，風(fēng)機(jī)風(fēng)量能夠維持或大于井下需要的通風(fēng)量時(shí)，可以免于安裝變頻調(diào)速器。當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，再降低電機(jī)運(yùn)行頻率是不能更好滿足礦井正常需求的，也是相應(yīng)規(guī)定不允許的。這種情況下，只有采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償方法，才可減少線損問題、節(jié)約電能。

2.4注重溫度問題

因變頻器內(nèi)裝有大量大功率電子元件，使用過程中容易受到溫度影響，正常情況下其溫度應(yīng)在0～55℃。為了使變頻器更好發(fā)揮作用、保證其安全可靠運(yùn)行，在溫度上應(yīng)該留有余地，將其溫度控制在40℃以下。安裝變頻器時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照說明書要求進(jìn)行安裝，盡量避免將易發(fā)熱或發(fā)熱元器件裝在變頻調(diào)速器旁邊，以減少不必要的安全隱患。再者也應(yīng)注意環(huán)境溫度、以及結(jié)露現(xiàn)象，而使絕緣性能降低，引發(fā)不必要的短路事故。為了安全起見，有必要在變頻箱中增加加熱器或是干燥劑，以保證變頻器干燥。

四、變頻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)途徑

1、變頻器的選擇

風(fēng)機(jī)的負(fù)載能力要求低，但是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此在低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候的負(fù)載輕。這類負(fù)載對(duì)轉(zhuǎn)速的精準(zhǔn)度要求不高，可以選擇價(jià)格低廉的普通功能型通用變頻器。變頻器的使用能夠給電網(wǎng)帶來高次諧波分量，因此在選型號(hào)時(shí)，選取高次諧波較小的變頻器。

2、頻率的信號(hào)控制

礦井通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速一般不應(yīng)該低于額定轉(zhuǎn)速的百分之五十，還要根據(jù)實(shí)際的工礦而定。最小的轉(zhuǎn)速根據(jù)實(shí)際通風(fēng)管道的管路特性曲線確定，受到礦井環(huán)境影響，礦井干擾性大，頻率信號(hào)的控制器選擇要采用plc模式，通過plc和變頻器的遠(yuǎn)程通信從而控制轉(zhuǎn)速。

結(jié)束語

變頻調(diào)速技術(shù)，不僅節(jié)能、且易啟動(dòng)、節(jié)約成本、自動(dòng)化程度較高，在礦井生產(chǎn)中應(yīng)用能更好滿足實(shí)際需求。隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)通風(fēng)機(jī)的要求將會(huì)更高，為了更好滿足實(shí)際需求，應(yīng)該加大對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的研究力度。

參考文獻(xiàn)

[1]王濤.礦井主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)供電技術(shù)方案研究[J].中國(guó)煤炭.2009.11.

[2]曲素榮,賈燕茹.礦井主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造[J].工礦自動(dòng)化.2009.08.

[3]羅書豪,李小川.我國(guó)煤礦機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè).2008.09