導(dǎo)語(yǔ)：大功率主通風(fēng)機(jī)變頻控制關(guān)鍵技術(shù)分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要:文章以潞安化工集團(tuán)古城礦鮑店風(fēng)井大功率主通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型為例，就變頻拖動(dòng)方案中的關(guān)鍵技術(shù)，如應(yīng)對(duì)雷雨季節(jié)電網(wǎng)波動(dòng)、風(fēng)機(jī)平穩(wěn)調(diào)速、諧波影響、控制電機(jī)反轉(zhuǎn)、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，提出針對(duì)性的技術(shù)方案及系統(tǒng)配置要求，對(duì)主通風(fēng)機(jī)選擇變頻控制型式的礦井具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:大功率;變頻拖動(dòng);變頻器;電網(wǎng)波動(dòng)

礦井通風(fēng)機(jī)是礦山的重大安全設(shè)備之一，通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，直接關(guān)系到礦井的正常安全生產(chǎn)和人員的生命安全。為了解決風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程沖擊電網(wǎng)、雷雨天氣電壓大幅波動(dòng)以及故障狀態(tài)快速切換風(fēng)機(jī)等問(wèn)題，2009年始，潞安化工集團(tuán)就以下屬礦井常村礦中央軸流式及高壓變頻技術(shù)研制與應(yīng)用項(xiàng)目為依托，歷時(shí)15個(gè)月，順利實(shí)現(xiàn)了大功率主通風(fēng)機(jī)變頻集控閉環(huán)節(jié)能高效運(yùn)轉(zhuǎn)，取得了5方面成效:①避免因電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起風(fēng)機(jī)故障停機(jī)、瓦斯超限事故;②風(fēng)機(jī)切換時(shí)間從原先的10min大幅減小到3min，反風(fēng)時(shí)間減少到5min;③使大馬拉小車(chē)的礦井主通風(fēng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)效率不低于90%，功率因數(shù)0．99;④啟動(dòng)電流變化為線性變化，徹底解決大啟動(dòng)電流沖擊電網(wǎng)問(wèn)題;⑤電動(dòng)機(jī)在低頻下運(yùn)行，噪音為70dB。潞安化工集團(tuán)開(kāi)始大規(guī)模對(duì)直接啟動(dòng)或頻敏電阻、水電阻等軟啟方式的主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，并積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)調(diào)研，潞安化工集團(tuán)的主通風(fēng)機(jī)變頻控制覆蓋率位于全國(guó)煤企前列。文章以古城礦鮑店風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)建設(shè)項(xiàng)目為例，對(duì)變頻控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)方案及配置要求進(jìn)行詳細(xì)的介紹與分析。

1大功率主通風(fēng)機(jī)項(xiàng)目概況

古城礦采用分區(qū)式通風(fēng)，機(jī)械式通風(fēng)方法?，F(xiàn)投運(yùn)的主通風(fēng)機(jī)有中央主通風(fēng)機(jī)和桃園主通風(fēng)機(jī)，其中:中央風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)選用沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的2臺(tái)的AGF606－4．0－2．4－2型軸流式通風(fēng)機(jī)(配套電機(jī)功率4000kW)，擔(dān)負(fù)北一、北二和北三盤(pán)區(qū)的通風(fēng)任務(wù);桃園風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)選用沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所風(fēng)機(jī)廠2臺(tái)AGF606－4．0－2．2－2型軸流式通風(fēng)機(jī)(配套電機(jī)功率2800kW)，擔(dān)負(fù)南一、南二和南三盤(pán)區(qū)的通風(fēng)任務(wù)。本文案例項(xiàng)目為鮑店風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)建設(shè)，由鮑店進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)，鮑店回風(fēng)立井回風(fēng)，進(jìn)、回風(fēng)立井井筒直徑均為8．0m。前期為北二盤(pán)區(qū)服務(wù)，后期為北四盤(pán)區(qū)服務(wù)，預(yù)計(jì)2023年投運(yùn)。擬選用抽出式軸流通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)直徑≥3．8m，電機(jī)功率≥4500kW，采用變頻控制技術(shù)，并具備無(wú)人值守功能。

2變頻拖動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

主通風(fēng)機(jī)的電控系統(tǒng)有高低壓配電設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)三個(gè)部分，其中高性能、高可靠性的變頻控制系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的重要保證。變頻控制為“一拖一”系統(tǒng)，即2套風(fēng)機(jī)的2臺(tái)電機(jī)由2套變頻器獨(dú)立拖動(dòng)。該拖動(dòng)方案滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)單電機(jī)運(yùn)行的要求，同時(shí)能通過(guò)切換柜實(shí)現(xiàn)変頻器對(duì)另一臺(tái)風(fēng)機(jī)的拖動(dòng)，即變頻器與電機(jī)交叉拖動(dòng)。

2．1高壓變頻系統(tǒng)配置要求

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)(含干式移相整流交壓器)，要求高壓變頻器按10/10kV設(shè)計(jì)，輸入10kV，輸出10kV。變頻調(diào)速系統(tǒng)包括變頻器、柜體、移相整流變壓器和附件等，其中變頻器是重中之重。該項(xiàng)目主通風(fēng)機(jī)配套10kV、4500kW電動(dòng)機(jī)。為延長(zhǎng)變頻器使用壽命及確保運(yùn)行中安全穩(wěn)定性，高壓變頻器優(yōu)選優(yōu)質(zhì)進(jìn)口產(chǎn)品，容量不小于5500kVa。高壓變頻器選用交－直－交型變頻器，直接高高結(jié)構(gòu)，要求輸出直接為10kV以配套10kV電機(jī)直接調(diào)速運(yùn)行［1］。

2．2變頻器的安全保護(hù)設(shè)定

北方夏天雨季來(lái)臨后，為避免電網(wǎng)不穩(wěn)定對(duì)主扇運(yùn)行的影響，變頻器須具有瞬時(shí)斷電再上電的能力。變頻器功率單元內(nèi)部自帶上電自動(dòng)充電功能，避免上高壓電時(shí)對(duì)電網(wǎng)和變頻器的沖擊。變頻器系統(tǒng)需要有內(nèi)部控制電源瞬時(shí)失電不停機(jī)功能，可以在控制系統(tǒng)完全失電2s內(nèi)不受任何影響，不再需要故障幾率高的內(nèi)部UPS，避免由于UPS故障造成停機(jī)。采用無(wú)速度傳感器控制，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)150%，對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，在±10%范圍內(nèi)變頻器能滿(mǎn)載工作，在30%的電壓下降情況下變頻器能繼續(xù)運(yùn)行而不跳閘(降載運(yùn)行)，40%的電壓下降可以短時(shí)運(yùn)行，電網(wǎng)瞬時(shí)失電5個(gè)周期可滿(mǎn)載運(yùn)行不跳閘，輕載時(shí)間更長(zhǎng)。為便于運(yùn)行人員和檢修人員能辨別和解決出現(xiàn)的冋題，要求變頻裝置帶故障自診斷功能，對(duì)所發(fā)生的故障類(lèi)型及故障位置能提供中文指示，就地顯示并遠(yuǎn)程報(bào)警。變頻容易產(chǎn)生諧波，因此必須對(duì)諧波作出限定。調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波應(yīng)滿(mǎn)足，“輸入電流＜4%，輸出電壓＜6%，軸岀電流＜2%”輸入側(cè)功率因數(shù)為:在20%～100%的負(fù)載變化情況下達(dá)到或超過(guò)0．95的功率因數(shù)(無(wú)需功率因數(shù)補(bǔ)償裝置)。具有軟啟動(dòng)功能。變頻器應(yīng)對(duì)其他設(shè)備無(wú)諧波影響。

2．3電機(jī)拖動(dòng)參數(shù)分析及要求

變頻調(diào)速裝置具有良好的調(diào)節(jié)性能，能根據(jù)負(fù)荷的變化及時(shí)有效地實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)［2］，在負(fù)荷從100%調(diào)節(jié)到40%的響應(yīng)時(shí)間宜小于1min(現(xiàn)場(chǎng)1～3600s可調(diào))。古城礦項(xiàng)目中電機(jī)為交流異步變頻電動(dòng)機(jī)，變頻器不會(huì)對(duì)電機(jī)產(chǎn)生影響。變頻器能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的反轉(zhuǎn)反風(fēng)操作功能。變頻裝置提供的控制和電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能有:過(guò)電壓、過(guò)電流、欠電壓、缺相保護(hù)、超額保護(hù)、失速保護(hù)、交頻器過(guò)載、電機(jī)過(guò)載保護(hù)、半導(dǎo)體器件的過(guò)熱保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)等，并能聯(lián)跳輸入側(cè)高壓開(kāi)關(guān)。內(nèi)部功率單元內(nèi)部整流二極管和功率元器件采用高壓1700V，內(nèi)部電容采用進(jìn)口AIC電容。具有輸出電壓自動(dòng)調(diào)整功能，輸入電壓變化時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓，使輸出到電機(jī)的電壓保持相對(duì)穩(wěn)定，保護(hù)電機(jī)。變頻器輸出電流應(yīng)有一定的富余度，不得小于電機(jī)額定電流的1．2倍。變頻器在啟動(dòng)、加速、運(yùn)行的過(guò)程中應(yīng)平穩(wěn)順滑，各頻率運(yùn)行時(shí)均不得引起電機(jī)明顯共振，遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)喘振區(qū)域。

3PLC控制設(shè)計(jì)及配置要求

變頻調(diào)速系統(tǒng)由上級(jí)PLC進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，按設(shè)定程序(PLC給定運(yùn)行)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制［3］。PLC可編程控制器是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。為保證穩(wěn)定、可靠、高速，PLC控制器可選用西門(mén)子S7－1500系列，PLC的I/O接口應(yīng)有不少于20%的備用量。每臺(tái)通風(fēng)機(jī)采用1臺(tái)PLC，共計(jì)2臺(tái)PLC(主控PLC工作，另一臺(tái)PLC熱備);兩臺(tái)PLC采用冗余設(shè)計(jì)，每臺(tái)PLC均配置冗余模塊，冗余模塊間通過(guò)高速光纖實(shí)時(shí)同步，當(dāng)主控PLC出現(xiàn)故障或錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)可以立即無(wú)擾動(dòng)切換到備用PLC，不會(huì)影響系統(tǒng)工作。交頻裝置具有與PLC或其它控制系統(tǒng)通訊的工業(yè)以太網(wǎng)(EtherNet)接口。PLC柜輸入電源等級(jí)AC220V、AC380V、50Hz，直流控制電源AC24V，交流控制電源AC220V，防護(hù)等級(jí)IP40。

4結(jié)語(yǔ)

主通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻控制，具有工況點(diǎn)調(diào)節(jié)更加精準(zhǔn)快速、啟動(dòng)過(guò)程對(duì)電網(wǎng)沖擊小、節(jié)能效果明顯等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文提出的變頻及PLC控制系統(tǒng)方案，在潞安化工集團(tuán)多個(gè)新/改建風(fēng)機(jī)項(xiàng)目中成功應(yīng)用。最后將實(shí)踐過(guò)程得到的兩點(diǎn)指導(dǎo)性建議進(jìn)行分享:1)配置主通風(fēng)機(jī)變頻器時(shí)，要考慮高壓變頻在集團(tuán)內(nèi)部的通用性，以提高安全性，減少備件的采購(gòu)量，節(jié)約成本。2)變頻器對(duì)環(huán)境要求較高?？梢圆捎每照{(diào)為主通風(fēng)機(jī)房控制室及變頻室提供恒溫條件。通過(guò)通訊接口，將數(shù)據(jù)采集器與空調(diào)系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的自動(dòng)控制。

參考文獻(xiàn):

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［3］張劍波．通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］．機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2020，35(2):3.

作者：楊興 單位：山西潞安化工集團(tuán)能源事業(yè)部