变频技术及其在矿井主扇中的应用

变频技术及其在矿井主扇中的应用

摘要：介绍了变频技术系统的构成、动能、特点和控制原理及其在煤矿主要扇风机通风调节过程中的运行、使用状况，事实证明：变频自动控制节能给矿山带来十分显著的经济效益，预示该技术在其他行业领域电机节能调速运用的广阔前景。

关键词：变频技术；自动控制；风量；调节

矿井主要扇风机，是煤矿生产中的主要用电设备。经调查，一个矿井的主扇年用电量，约占全矿生产年用电的25%-40%，有的甚至高达50%。就一个年产10万吨左右的南方小型矿井而言，主扇每年至少耗费70万元以上电费。这其中一部分电能是被浪费了的。若能采用变频调节技术，实现矿井主扇自动节能运行，根据安全和生产需要供风，将不失为一种降低矿山生产成本，提高经济效益，保障设备安全运转的有效途径。

1变频系统

1.1系统构成

（1）电力控制设备。包括变频器、开关屏和联络屏。

（2）智能检测设备。包括压力变送器、风流量变送器、PID、PID隔离模块、隔离变压器、直流供电源及信号电缆。

（3）自动控制设备。包括触摸屏、PIC可编程控制器和控制软件。

1.2系统功能

（1）现场信号在线采集。采集矿井的风量、风压等信号，并由PID进行信号处理和计算。

（2）控制变频器运行。根据PID设置参数，适时控制变频器运行，变频器根据负荷变化自动调节输出频率，控制电动机的转速。根据PLC编定的程序，控制风机的切换。

（3）可视化操作界面。风量、压力的设定值和运行值全数字显示，界面丰富、友好，人机对话方便。

（4）操作简单可靠。矿井正常通风或反风，只需分别按下起动或反风按钮即可自动完成。

（5）故障信息自动记录。变频器自动记录故障信息与发生的时间、故障内容，并可调出故障维修指南，方便检修。

1.3系统的安全保护与可靠性

（1）系统设计。在电控设备设计上，采用变频起动为主控、开关屏直接起动为备用的设计思想，每一台风机既可以用变频起动、停机，也可以用开关屏起动、停机，互为备用。同时停止故障风机的运转。当变频系统发生故障时，PLC会自动（也可用手动）切换至低压开关屏，直接起动风机，保证工作风机不间断的运行。

（2）设备先进。变频调速的核心部件——变频器，选用国外CIMR-FTA4160型变频器，该变频器平均无故障运行时间达250000h以上，几乎免维护。低压开关屏全部选用国内一流产品，配自耦降压启动和反转切换启动装置。

（3）保护功能。①电机保护：电子热动电释保护；

②瞬时过电流：额定电流200%fl寸停止输出；③保险丝熔断保护：电机在保险丝熔断时自动停止；④过负载保护：CT 模式为150%，lmin；VT模式为120%，lmin；⑤过电压保护：主回路直流电压820V以上时停止输出；⑥欠电压保护：主回路直流电压380V以下时停止输出；⑦失速防止：加速中/匀速中/减速中，失速防止设定；⑧接地保护：电子回路保护。

1.4反风操作的可靠性

变频操作面板、开关屏上均设有反风操作按钮，当需要进行反风时，只需按下反风按钮即可实现反风，其操作与正常通风操作一样简单可靠。整个反风操作可在5rain之内完成。

1.5系统控制原理

压力变送器将供风压力变为4-20mA的标准根据该矿主扇使用情况，于2003年5月对该矿主扇安装一套变频节能自动控制系统，一套开关手动控制系统。配电间内设GGDl 低压开关柜6台，其中2台开关柜装有正反转功能的变频器

各一套；另外还装配了一套常规接线的开关柜，运行时通过编程的PLC控制器控制，可以为互相轮换及故障时切换。

2经济效益分析

（1）不用变频时全速运转，一年的用电量和电费：用电量：320*24*365=2803200kW·h，电费=2803200*0.45=1261440兀。

（2）采用变频调速后的年用电量和电费为：用电量=250x24*365=2190000kW·h电费=2190000*0.45=985500兀。

（3）节电效果为：

节电量=28032130-2190000=613200kW·h，

节电费：613200x0.45=275940兀，

节电率：275940/1261440=22%。

（4）早班、中班、晚班用风量不均衡的节电估算：设早班为满负荷用风，用风系数为1；中班、晚班用风量为早班的95%，用风系数为0.95。则电机功率加权系数为：加权系数=（1+0.953+0.953）/3=0.9，

节电量=（1-0.9） *2190000=219000kW·h，

节电费：219000*0.45=375000兀。

（5）全年节电量和节电费估算：

节电量=613200+219000=832200kW·h，

节电费=832200*0.45=375000兀，

综合节电率=375000/1261440=29.7%。

理论计算出的节电率与实际测算的节电率基本一致。

结语

该矿主扇安装变频自动控制系统近一年，运转稳定，性能良好，矿井风量根据井下需要，调整自如，在今年春节前的反风演习中，反风时间比往年缩短了2min。更主要的是近30%的节电，一年给煤矿带来了几百万元的经济效益，矿山反映良好。

变频控制技术，不仅用于煤矿主扇，在其他行业，大凡使用电机拖动，又需根据需要变换电机功率的设备，均可采用该技术。对节省电能，降低成本，提高产品竞争力，具有极其重要的现实意义。