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HIVERT高压变频器在煤矿瓦斯抽放系统的应用

浏览次数: 日期:2010-3-6 14:43:25

一、概述

晋煤集团岳城煤矿现在年产量150万吨,按晋煤集团规划,岳城煤矿为高瓦斯矿井,要切实加强瓦斯防治工作的组织领导,认真落实煤矿安全生产主体责任,健全矿井负责人全面负责瓦斯治理的制度体系和以总工程师为核心的技术管理体系,进一步完善“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的瓦斯综合治理工作体系,保证瓦斯抽采煤量符合要求,瓦斯采量达到80%以上。随着产量逐步的增加和开采水平的延伸,矿井瓦斯涌出量和回采后的瓦斯涌出量越来越大,严重制约着矿井的安全生产和发展,而采用瓦斯抽放泵抽取采空区涌出的瓦斯,能有效的控制采煤工作面和回风系统的瓦斯量,使其不超过《煤矿安全规程》规定,保证矿井的生产。

 对采空区瓦斯进行抽放时,如果抽放量过大,将使工作面新鲜风进入采空区,造成采空区自然发火事故。如果抽放量偏小,又不能有效的控制工作面风流中的瓦斯浓度不超过《煤矿安全规程》规定。为此,经过考察对比,选择北京合康亿盛变频科技股份有限公司生产的HIVERT系列高压变频器对瓦斯抽放泵进行调速控制,使瓦斯抽放达到最佳参数。既保证了采空区抽放的需要,又达到节能的效果。

 

二、抽放系统的工艺及主要参数

从采空区底板瓦斯巷道安装直径1.5m的瓦斯抽放管道至地面采空区抽放泵房,抽放泵采用SKA-720型水环式真空泵。

相关技术参数如下:

水环式真空泵:

型号:SKA-720 最大抽速:635m³/min

额定转速:1000r/min 极限真空度:160MPa

配用电动机:

型号:YB.70s2-6       额定功率:1120kW

额定电压:6kV         额定电流:131.2A

额定转速:989r/min     功率因数:0.86


三、高压变频器调速系统方案

HIVERT高压变频器系统原理:HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压(高-高)方式,主电路开关元件为IGBT。由于IGBT耐压所限,无法直接逆变输出6kV,且因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。HIVERT变频器采用功率单元串联,叠波升压,充分利用常压变频器的成熟技术,因而具有很高的可靠性。

由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组间有一定的相位差,从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流,所以HIVERT变频器输入电流的总谐波含量(THD)远小于国家标准5%的要求,并且能保持接近1的输入功率因数。

功率单元通过光纤接收信号,采用空间矢量正弦波脉宽调制(PWM)方式,控制Q1~Q4 IGBT的导通和关断,输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态,当Q1和Q4导通时,L1和L2的输出电压状态为1;当Q2和Q3导通时,L1和L2的输出电压状态为-1;当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时,L1和L2的输出电压状态为0。

四、高压变频器技术参数

额定输入电压

6kV(-20%~+15%)

输入方式

30脉冲二极管全波整流输入

输出方式

每相5单元叠波正弦波脉宽调制输出

输入频率

45-55Hz

输入功率因数

大于0.96(额定负载时)

效率(含变压器)

大于96%(额定负载时)

输出频率

0-120Hz,0-100%连续可调

频率分辨率

0.01Hz

过载能力

120%二分钟保护,170%立即保护

控制电源

双路供电,380VAC,5kVA

冷却方式

强制风冷

防护等级

IP30

模拟量输入

两路,4~20mA

模拟量输出

四路,4~20mA

开关量输入/输出

12入/9出

通讯接口

MODBUS通讯接口

运行环境温度

-5到45℃

贮存/运输温度

-40到70℃

环境湿度

<90%(20℃时),不结露

安装海拔高度

1000米(若安装海拔高度大于1000米,变频器需降额使用)

自动故障记录、限流功能、输出电压自动调整功能、瞬时停电自动跟踪功能等

 

 五、主回路控制方案

上位机系统:由上位机与PLC柜通过RS485进行通信。

PLC柜:一台泵不能满足工作需要时,系统根据管道上的压力信号由PLC柜自动启动(停止)另一组泵站中的一台高压变频器,自动调整压力,使之满足工作需要。

如:A1一台泵就可满足工作需要时,A1正常工作,如A1出理重故障退出后,系统自动启动A2使系统正常。

如:A1一台泵不能满足工作需要时,系统自动启动B1,如B1没有正常启动,系统会自动启动B2。当系统不需要两台泵同时工作时,系统会自动停下后启动的那一台水泵。


六、高压变频器的安装调试

瓦斯抽放泵房抽取的是可燃易爆气体,泵房内所有电气设备均为矿用防爆设备,而高压变频器为非防爆产品,为此,将高压变频器与瓦斯抽放泵房隔离安装在独立的电控室内。变频器至电动机采用高压电缆敷设。

安装完毕系统空重负荷试车后,瓦斯抽放系统投入运行,根据运行情况分别对瓦斯抽放泵运行在20Hz~40Hz进行了参数考察,其考察参数(平均值)统计如表:                      

序号

运行频率

输入电压

输入电流

运行功率率

输出电流

输出电压

1

40

6010

14

110

45

5300

2

30

6018

12

100

30

4400

3

20

6009

10

85

35

3800

运行参数

 

七、瓦斯抽放系统使用变频器的效果分析

7.1满足了工况运行的需要

采空区抽放系统,主要是为以满足采煤工作面在回采过程中瓦斯不超过《煤矿安全规程》的规定,从而保证矿井的安全生产。根据考察,瓦斯抽放泵一般运行在20Hz~30Hz之间,运行频率与采煤工作面和接抽尾排孔的距离有关。当工作面推进与接抽尾排孔较进时,运行频率较低,反之运行频率较高。通过定期测定采煤工作面瓦斯抽放参数进行分析,确定瓦斯抽放泵的运行频率,以满足采空区抽放的需要,即保证了回采工作面瓦斯不超限,工作面的安全工作环境得到保障;又能保证工作面的新鲜风不进入采空区,避免采空区自然发火事故的发生。从而使回采工作面的原煤产量得到了很大的提高。

7.2变频器软启动的效果

瓦斯抽放泵电动机功率大,如果采用直接启动,启动时间长,启动电流大,对电动机的绝缘有着较大的威胁,启动压降对电网的影响较大,对设备的机械冲击大。采用变频器实现了瓦斯抽放泵的软启动和软停车,具有如下效果:

⑴消除了电动机因启动和停车对设备的冲击,延长了瓦斯抽放泵以及电动机的使用寿命;

⑵限制了启动时的启动电流对电网的冲击,减少了启动峰值功率损耗;

⑶瓦斯抽放泵的运转速度下降后,改善了设备运转部位的润滑条件,降低了传动装置的故障。


八、结语

煤矿生产是和自然作斗争,瓦斯、火、煤尘、水和岩石冒落等灾害经常危及矿工生命安全。各主要产煤国家都认真总结经验教训,积极研究防治方法。在防止煤与瓦斯方面,常用抽放瓦斯、开采解放层和放震动炮等措施。

高压变频器在打通一矿采空区瓦斯抽放系统的应用,成功有效的控制采煤工作面和回风系统的瓦斯量,保证了矿井的安全生产,节能效果明显。


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