应用案例

尊传承 创经典

首页 / 应用案例 / 高端制造 / 矿山

煤矿主通风机的高压变频改造

浏览次数: 日期:2008-6-6 15:12:26

摘要:矿井主通风机是煤矿生产最重要的负荷之一,主通风机的设计通常都留有较大的富裕系数,具有一定的节能空间。本文通过对新汶矿业集团孙村煤矿北风井主通风机变频改造情况的介绍,说明在煤矿主通风机上实施变频不仅节能效果显著,而且可以优化整个电力传动系统的控制性能。

关键词:煤矿  主通风机  变频  节能

 

一、前言

矿井抽风机是井工煤矿生产最重要的负荷之一,电动机容量较大,由于其必须连续工作,使得抽风机用电成为矿井的用电大户,一般用电量占整个矿井的15%以上。由于抽风机的设计是按照矿井最大用风量为基本选型参数,同时预留一定的安全系数,因此供风能力偏大,特别是在矿井初期和通风系统改造后,风机能力富裕量大,具有较大的节能空间。下面对新汶矿业集团公司孙村煤矿通风机变频改造情况进行简要介绍。

新汶矿业集团公司孙村矿主通风机变频器运行现场

 

二、通风机现状

新汶矿业集团公司孙村煤矿是一个百年老矿,其北风井通风机站建于1981年,安装两台G4-73-11№28D型离心式风机,各配有一台YR1250-8/1430型电动机,额定电压6KV,功率1250KW,转速730rpm,一台工作,一台备用。根据出厂风机标注的参数,该风机的额定最大排风能力为11300 m3/min。

由于该矿矿井通风系统在2005年1月由-400风井单独运行的中央分列式通风系统,改变为-400风井与北立井风井联合运行的两翼对角式通风系统,矿井风量的需求发生了较大变化,由原来的218.42立方米/秒,降到129.94立方米/秒。且矿井风量调整只能靠调整风机叶片导角完成,不能实现无级平滑调速,风机整体耗能较多,风机工作在低效区,原有的1250KW电机容量富裕过多。为了满足风量需求的变化,北风井通风机自2005年一月后,多次调整前导叶角度,由0°逐渐调整到现在的33°,节流功率损失非常大,即电动机的能源损耗很大,风机节能降耗的课题就提上了议事日程。

 

三、方案论证

1、北风井风机在实际使用过程中存在的主要问题:
  (1)风机运行正常,通风机前导器调节叶片角度约为33°,节流损失很大,存在大量的电能浪费现象。
  (2) 调节误差大。通风机较小的角度变化将产生一个较大的风量变化,使运行控制比较困难,不能保证最佳运行工况。
   2、可行性分析

(1)方案选择:为了选择合理的节能方案,我们调研和计算了不同风量调节方式的功率消耗情况(如图1)。

图1  不同风量调节方法功率消耗曲线

(1—挡板法;2—前导器法;3—液力耦合器;4—绕线电动机切换转子电阻调速法;5—变频调速法。)

由图1可见,变频调速法在现有的几种风量调节方法中是最理想、最有效、最节能的调节方法,而孙村煤矿现在使用的前导器法,功率消耗仅次于挡板法,节能空间较大。

(2)效益测算:应用变频调速,可以大大提高电机转速的控制精度,使电机在最节能的转速下运行。根据流体力学原理,轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少,风机转速降低时,其功率按转速的三次方下降。因此,精确调速的节电效果非常可观。测算如下:

1#风机的轴功率为796kW,入口导叶的角度为33.75°,实际流量132.86 m3/s。流量的百分比为:132.86/189=70.3%,因实际的测算可能有误差,估计流量百分比在70.3%~80%之间,按着80%保守计算,通过查表,得出功率减少约20%,因工况的变化,估计节能点在15%~25%之间,节约功率,796×(0.15~0.25)=119.4~199kW。

2#风机的轴功率为761kW,入口导叶的角度为33.75度,实际流量129.94 m3/s。流量的百分比为:129.94/189=68.8%,因实际的测算可能有误差,估计流量百分比在68.8%~80%之间,按着80%保守计算,通过查表,得出功率减少约20%,因工况的变化,估计节能点在15%~25%之间,节约功率,761×(0.15~0.25)=114.15~190.25kW。

预计节电为120~190kW左右,按着电费为0.58元/度,一年365天计算,(120~190)×24×365×0.58=60.9~96.5万元。变频改造预计投资170万元,投资回收期为1.76~2.79年之间。

 

四、现场应用

1、根据要求,设计方案一次回路如下图所示:

 
 

在原来设备的基础上,增加变频器(HIVERT-Y06/154)一台,增加自动切换柜两台2#、3#,增加高压电源柜1#(采用真空断路器和微机保护等)一台。

2、运行方式:

①变频器运行1#风机:DL1闭合,DL12闭合,DL11断开,KM1闭合,DL22断开。

②变频器运行2#风机:DL1闭合,DL12断开,DL21断开,KM2闭合,DL22闭合。

③工频运行1#风机:DL12断开,DL11闭合,KM1受原系统控制。

④工频运行2#风机:DL22断开,DL21闭合,KM2受原系统控制。

3、现场技术参数

北风井风机电机参数

1#

2#

型号

G4-73-No.28D

型号

G4-73-No.28D

额定流量

101-189m3/s

额定流量

101-189m3/s

额定压力

653-463mmH2O

额定压力

653-463mmH2O

轴功率

1063kW

轴功率

1063kW

型号

YR1250/1430

型号

YR1250/1430

额定功率

1250kW

额定功率

1250kW

额定电压

6000V

额定电压

6000V

额定电流

146A

额定电流

146A

功率因数

0.8

功率因数

0.8

现有调节方式

入口导叶调节

现有调节方式

入口导叶调节

实际压力

2990Pa

实际压力

2890Pa

实际流量

132.86 m3/s

实际流量

129.94 m3/s

实际电流

93A

实际电流

89A

实际电压

6500V

实际电压

6500V

实际电功率

796kW

实际电功率

761kW

4、变频器选型及性能特性

根据现场情况,选择北京合康亿盛科技有限公司的高压变频器HIVERT-Y06/154和HIVERT-Y06/192。变频器的主要技术参数如下:

(1)主要技术性能指标 

型号

HIVERT-Y06/154    HIVERT-Y06/192

额定输入电压

6kV(-20%~15%)

输入频率

45Hz~55Hz

调制技术

空间矢量控制的正弦波PWM

控制电源

220VAC,1 kVA

输入功率因数

额定负载下≥0.96

效率(含变压器)

额定负载下≥96%

输出频率范围

0Hz~120Hz

输出频率分辩率

0.01Hz

过载能力

120%1分钟,150%立即保护

模拟量输入

两路,0~10V/4~20mA

模拟量输出

两路,0~10V/4~20mA

上位通讯

隔离RS485接口,MODBUS规约

加减时间

10秒~1600秒,连续可调

开关量输入输出

12入/9出

运行环境温度

0到40℃

贮存/运输温度

-40到70℃

冷却方式

强迫风冷

环境湿度

<90%,不结露

安装海拔高度

<1000米(超过1000米时,需降额使用)

防护等级

IP30

 

(2)HIVERT变频器的主要优势及特点

变频器采用先进的功率单元串联叠波技术,空间矢量控制的正弦波PWM调制方法,新颖的全中文操作界面和高性能IGBT功率器件,可靠性高、性能优越、操作简便。可应用于高压交流电动机驱动的风机、水泵类负载的调速、节能、软启动和智能控制等多种场合。

高质量电源输入:输入侧隔离变压器二次线圈经过移相,为功率单元提供电源对于6kV而言相当于30脉冲不可控整流输入,消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流,大大抑制了网侧谐波(尤其是低次谐波)的产生。变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足IEEE 519-1992和GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》对谐波含量最严格要求,无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰。正常调速范围内功率因数大于0.96。无需功率因数补偿电容,减少无功输入,降低供电容量。

完美的输出性能:单元脉宽调制叠波输出,6kV系列每相5个单元,大大削弱了输出谐波含量,输出波形几近完美的正弦波。

 

 
 

输出电压波形                                      输出电流波形

友好的用户界面:HIVERT变频器采用全中文LCD显示,面板轻触按钮直接操作,更适合国人使用习惯。

HIVERT变频器的主要功能及特点

1)输入谐波含量低。变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足IEEE Std 519-1992和GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》对谐波含量的最严格要求,无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰;

2)输入功率因数高。无需功率因数补偿装置,降低供电容量;

3)输出谐波含量低。无需滤波器,可直接驱动普通电机,不会增加电机温升而降低电机容量,对电机电缆无任何长度限制,并保护电机绝缘不受dv/dt应力的损害,不会因为谐波力矩而降低电机使用寿命;

4)限流功能。避免启动或负载突然变化时,使变频器输出电流过大而导致保护动作;

5)完善的上位控制功能。可与DCS系统实现通讯(采用标准MODBUS通讯规约)或I/O方式连接。

6)输出电压自动调整功能:输入电压变化时,自动调节输出电压,使输出到电机的电压保持相对稳定,保护电机;

7)软启动:变频器具有软启动功能,保证电机平稳启动,启动和停机时间在10-1600秒内连续可调;

8)内置PID调节器,可实现闭环运行;

9)具有本地、模拟、多档、上位四种调速方式;

10)具有转速跟踪功能,能实现电机的飞车启动。该功能可以在电机处于工频运行的时候,在不停机的状态下,无冲击的由工频状态切换到变频状态,最大程度的降低了生产风险;该功能经过多次实践验证,能够快速稳定的无冲击的将设备在工频与变频之间进行自由地切换,有效地提高生产效率,保证企业生产的连续性。

11)一键反风功能,针对煤矿通风的特殊性,在使用轴流风机时,通过在变频器上操作,可以简单的实现反风功能。

保护功能

HIVERT变频器具有非常完善的自诊断和保护功能,一旦变频器发生故障或进入保护状态,系统将自动记录故障原因、故障位置、故障发生时间以及发生故障时变频器各状态参数,便于故障排除。

 

五、改造前后对比

孙村矿北风井抽风机变频装置11月27日正式投入运行,此时正值41119工作面生产期间,根据风量需求,将风机运行频率调整为48Hz,电机输出功率由改造前前导器叶片33.75°时的1027KW下降至911KW,下降了116KW。41119工作面结束后,北风井抽风机风量富裕较多,根据风量需求,将风机运行频率降为44Hz,风机输出功率进一步下降为726KW,节能效果更加显著。使用情况如下:

1、实际节电情况

为了真实掌握风机变频改造后的实际节电情况,我们对风机在工频和变频运行状态下的用电情况进行了实测,风量为130~131m3/min。

08年1月28日9:00-30日9:00风机前导叶片33.75°,电机频率为50Hz时,运行2#风机电度表底数分别为9863.15和9889.1,24小时用电20760 Kwh。

08年1月30日11:00-2月2日11:00,风机前导叶片0°,电机频率为44Hz时,运行2#风机电度表底数分别为9889.65和9911.07,24小时用电17136 Kwh。

在满足矿井通风要求的情况下,24小时节电3624 Kwh,节电率为17.46%,年节电132.3万Kwh,电费75万元。

2、运行情况

①该产品自身功率因数高,无需额外的无功补偿装置。

②经测试,变频器自身输出谐波含量低于4%,符合国家有关标准的要求。

③变频改造后,实现了电动机的软启动,去掉了原来的电抗器,避免了大电流对电网和电机的冲击

④采用设备变频运行方式后,通风系统操作更加方便,同时降低了运行噪音,工作环境条件也有了明显改善。

⑤设备磨损降低、延长了维护期,维护工作量大大减少。

 

六、结束语

从合康公司变频器在新汶矿业集团公司孙村煤矿北风井主通风机技术改造的实际应用情况来看,对矿井主通风机进行高压变频改造,不仅能够有效地减少电能消耗,而且可以优化整个电力传动系统的控制性能,具有极大的推广应用价值。


经典案例

北京合康新能科技股份有限公司

地址:北京市经济技术开发区博兴二路3号

邮箱:service@hiconics.com

电话:010-59180000

传真:010-59180035

热线电话:400-058-6116

海外项目联系方式:

联络人:邓琪敏 13552802825

Copyright 2006-2021   
版权所有:北京合康新能科技股份有限公司    京ICP备05028480号-1  
  京公网备110301000391    技术支持:北京网站建设