淮北礦業集團朱仙莊煤礦西風井風機高壓變頻節能改造工程

朱仙莊礦位于安徽省淮北平原中部，朱仙莊煤礦西風井風機主要擔負北部采區通風，要求安全穩定性極高，因為主風機一旦停機，短時間內就將造成全礦無法正常生產；控制方式采用調節風門開度的大小來調整風量。這樣，不論生產的需求大小，風機都要全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風門節流損失消耗掉了。在生產過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。從而導致生產成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。

二、現場技術參數：
電動機
型號：YR1250-10/1430
功率：1250KW
電壓：6000V
電流：146A
額定轉速：590轉/分
額定轉子電壓：1365V
額定轉子電流：572A
定子接線方式：Y
轉子接線方式：Y
絕緣等級：B
廠家：蘭州電機廠
出廠日期：1979年12月

離心風機
型號：K4-73-02NO28F
流量：784800米³/小時（1800-10800m³/min）
主軸轉數：580轉/分
全壓：392公斤/米²（50～500mmH₂O）
電機容量：1250KW
廠家：沈陽風機廠
出廠日期：1970年10月

設備布置采用抽出式通風方式，配備反風道反風，扇風機與電動機設于主機房內，主機房為雙層工業廠房，風道為半地下式。吸風側設兩個立閘門，兩個水平反風門，擴散器側兩個水平反風門，每個風門各用一臺JFM-4型啟閉風門絞車進行操縱，風門絞車采用集中與就地兩種操作方式。
起動方式：電動機轉子串接頻敏電阻器
頻敏電阻器型號為BP1-316-4020
傳動方式：直接傳動
調節方式：手動操作風門絞車控制立閘門 （改變管路阻力特性曲線）

三、變頻改造前存在的問題：

1.原工礦使用的為轉子串電阻啟動方式，啟動不穩定，造成了大的機械沖擊，導致電機壽命大大降低；
2.轉子串電阻啟動時，控制系統復雜，故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機電刷容易損壞，維護工作量大；
3.啟動時電流過大，對電網沖擊很大，影響電網的穩定性；
4.原工礦調節風量主要由調節風門來實現，多余的風量全部浪費在風門上,造成了嚴重資源浪費；
5.原工礦無調速方式，無法實現無級調速；
6.自動化程度低，影響整體系統安全性；

四、變頻控制方案

1、采用功率單元串聯多電源結構，實現無級調速和多速度等級運行，能帶載調節風機工況點，滿足主通風機各種運行工況。
2、選用一套6kV變頻裝置，通過切換，可以分別拖動兩臺風機單獨運行，具有一拖二功能。
3、在變頻器故障狀態下，可切換到工頻狀態運行；
4、采用變頻的軟啟動技術，啟動電流小，減少對電網及風機沖擊。
5、具有變頻器工作狀態在線檢測功能，并能與礦井安全監控系統聯網。
6、變頻器采用先進的功率單元串聯疊波技術，空間矢量控制的正弦波PWM調制方法，新穎的全中文操作界面和高性能IGBT功率器件，可靠性高、性能優越、操作簡便。
7、高質量電源輸入：輸入側隔離變壓器二次線圈經過移相，為功率單元提供電源對于6kV而言相當于30脈沖不可控整流輸入，消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網側諧波（尤其是低次諧波）的產生。變頻器引起的電網諧波電壓和諧波電流含量滿足IEEE 519-1992和GB/T14549-93《電能質量公用電網諧波》對諧波含量最嚴格要求，無需安裝輸入濾波器并保護周邊設備免受諧波干擾。正常調速范圍內功率因數大于0.96。無需功率因數補償電容，減少無功輸入，降低供電容量。
8、完美的輸出性能：單元脈寬調制疊波輸出， 6kV系列每相5個單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美的正弦波。

五、變頻控制特點

1.優良的調速性能，完全滿足生產工藝要求；
2.良好的節能效果，提高系統運行效率；
3.實現電機軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護費用，延長設備使用壽命；
4.啟動時，最大只有1.3 倍的額定電流，根本不影響電網的穩定性。
5.系統安全、可靠，確保風機連續運行；
6.控制方便、靈活，自動化水平高；
7.輸入諧波含量小，不對電網造成污染；輸出諧波含量低，適合所有改造項目的異步電動機；
8.實現無級調速，風門全部開，由風機速度調節來實現改變風量大小，滿足現場工況；
9.界面全為純中文操作，非常符合國人特點；
10.安全保護功能齊全，除了過壓、過熱、過載、短路等自身保護功能外，還設有外圍連鎖保護系統，提高了系統的安全穩定性；

六、風機集控系統

1.使用風機集控系統的現實意義

扇風機是煤礦建設和生產中關鍵而又重要的設備，運行的好與壞直接關系到煤礦的安全生產和經濟效益。因此，一個比較完善、操作方便的控制系統對其運行的過程進行監控便顯得十分重要，也是保障風機安全、可靠運行的最佳途徑。針對其重要性，吸收先進的控制理念，并針對風機運行的特點，采用風機集控系統，做到安全、可靠、經濟、操作方便。

2.風機集控系統組成

朱仙莊礦西風井安裝2臺大型礦用離心式風機，一用一備。拖動電機為1250KW的異步繞線式電動機，采用轉子串頻敏變阻器起動。風機的風量調節：在工頻時通過立閘門的開度調節；變頻時通過調節變頻器輸出頻率，達到調節風量的目的。

電控系統采用了PLC組成的二級分布式計算機集散式控制系統，在扇風機運行的過程進行實時的數據檢測、數據顯示、控制、保護、報警和管理。系統由操作站（以下簡稱為上位機）和現場控制站兩部分組成，現場控制站采用S7-300系列的PLC一對一控制。操作站配置了威達電工控機：PIV2.4G 512M 80G 52X光驅；19DELL彩顯；操作系統為WindowsXP；
監控組態軟件采用WINCC6.0組態軟件。

3、風機集控系統功能

 采集各臺扇風機運行的工藝參數、電器參數、電氣設備運行的狀況。
 扇風機可由PLC進行控制，嚴格按控制程序進行控制，并對扇風機正常切換和故障切換進行控制和操作指導；且在控制柜實現硬件閉鎖控制。
 在控制站顯示扇風系統工藝參數表、電氣參數、設備運行狀態（工作、停止、故障）以及報警參數表等。
 自動建立數據庫，對于重要的工藝參數、電氣參數自動生成趨勢曲線。
 報表打印功能。
 當運行風機發生故障時，利用運行記錄的曲線對故障進行分析和處理。
 在條件具備時，可實現遠控，達到“無人值守”。

4、風機集控系統特點
 本系統軟件采用功能強大的組態軟件開發，并提供了良好的人機界面，便于用戶學習和操作。
 界面友好，各種信息的顯示、查看操作簡單，易學易用。
 數據安全性高，穩定性好。提供了完善的錯誤中斷提示。
 設置了用戶權限管理。一般用戶只能查看普通操作，責任用戶只有將用戶名和密碼登錄后，才能進行相關的操作。

七、節能計算

按工頻和變頻運行實際電流計算，計算數據取2008年技術測定
工頻運行時，風門開度為2m左右，運行電流在96.7A。
工頻運行時功率和耗電：
P1= 1.732×6×96.7×0.77=773.78kW
N=773.78×24=18570.67kW•h
變頻器運行時，風門全開，運行電流在46.6A，由變頻器調節風機速度來滿足風量要求。
變頻運行時功率和耗電：
P2= 1.732×6×46.6×0.958=463.93kW
N=463.93×24=11134.27kWh
節電率：
（18570.67-11134.27）/18570.67=40 %
節約電費計算：
以電價0.6元/度為標準，工頻24小時耗電費：
18570.67×0.6=11142.4元
變頻24小時耗電量
11134.27×0.6=6680.6元
變頻改造后，日節約電費：
11142.4-6680.6=4461.8元
一年以365天為標準計算，年節約電費：
4461.8×365=1628557元

八、總結
淮北礦業集團朱仙莊煤礦西風井經過高壓變頻器改造之后,不僅達到了良好的節能效果,并且使整套通風系統的穩定性提搞了一個大臺階.