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孙村矿北风井变频改造案例

浏览次数: 日期:2008-5-16 15:15:42

一、用户介绍

新汶矿业集团公司孙村煤矿地处五岳独尊泰山之阳,孔孟圣地曲阜之阴,居山东新汶矿业集团之腹地。磁莱铁路、蒙馆公路横穿东西,博徐公路纵贯南北,与京沪高速公路交汇,是经贸投资、煤炭开发理想胜地。

孙村煤矿于1948年建矿投产,矿井设计生产能力60 万吨,通过依靠科技进步,推进技术改造,生产能力不断提高,1982 年以来,原煤产量一直稳定在百万吨以上,目前生产能力已达到150 万吨水平。井田面积20.7 平方公里,固定资产3 亿余元,现有地质储量1.2 亿吨,可采储量8000 多万吨,开采垂深达1300 米,是目前全国开采最深的矿井之一.

孙村矿多年来始终坚持科学技术是第一生产力的思想,大力实施“科技兴矿”战略,先后创出了“五个全国第一”。即:全国第一座综合防尘样板化矿井、全国第一家使用国产设备打出了国内最深的千米立井、全国第一家煤层地下气化实验基地、全国第一家采用冰冷低温辐射降温技术进行深部降温的矿井、全国第一家在井下生产直接饮用纯净水的矿井。矿井较早通过了ISO9001 质量保证体系认证、OHSMS18001职业健康安全管理体系认证、ISO14001环境管理体系认证、ISO12001计量确认体系认证。煤炭产品以低灰、低硫、高发热量而享誉国内外市场,主要产品有冶炼精煤、动力精煤、洗混煤和原煤等,精煤质量达到“双八”(灰分8%,全硫0.8%)以下,精煤享誉市场。建成了冰冷低温辐射降温技术研发基地、现代化纺织产业基地、综采设备配件生产基地、科技化高分子材料生产基地、生态型农业园基地等四大基地,云集了化工、建材、矿山机械配件生产的20 多家私营企业,形成强有力的产业群体和竞争优势,综采液压配件、托辊、高分子、工艺地毯等八大类上百种非煤产品,以质优和信誉畅销海内外市场。

孙村煤矿不断创新企业管理,全面推行制度化管理、程序化运作,形成了制度科学化、管理精细化、职责明晰化、行为规范化、现场定置化、行动军事化、考核具体化的管理新格局,全面提升了矿井的整体形象。建矿50 多年来,孙村煤矿共生产原煤4000 多万吨,上缴利税3 亿多元,企业先后被命名为特级质量标准化矿井、现代化矿井、全国煤炭工业双十佳煤矿、全国文明煤矿、煤炭工业科技进步双十佳矿井、煤矿安全程度评估A 级矿井、一通三防安全示范矿井、全国煤炭企业环境保护优秀单位、科技兴煤优秀矿井、山东省煤炭行业十佳煤矿、创建省级学习型组织示范企业、现场管理优秀企业,是山东省守合同、重信用企业,连续11 年保持了省级文明单位和思想政治工作优秀企业称号,是全国煤炭系统党风廉政建设先进单位。

今年,孙村矿积极相应国家倡导的“节能减排”,决定将北风井主通风机进行变频改造。

 

二、一次回路技术方案

根据现场有两台风机,一备一用,并且要求每个月要倒换一次,以使风机和电机的运行状况相似,并且现场为双母线供电,要求通过增加的变频器和切换柜,自由切换风机和供电母线,并且在变频器故障时可以将变频器旁路,工频运行。

北风井风机电机参数

在原来设备的基础上,增加变频器(HIVERT-Y06/154)一台,增加风机出现柜两台1#、2#,增加变频进线柜(采用真空断路器和微机保护等)一台。所选用的高压柜为无锡军工的KYGC矿用一般型高压真空配电装置,变频进线柜为带微机保护装置,高压变频器型号为HIVERT Y06/15。 

变频器的主要参数

根据要求,设计方案一次回路如下图所示: 

   

 

三、二次回路技术方案

大家可以看到,在这个操作过程中稍有不慎,就会造成变频器返送电引起变频严重损坏的后果,所以我们要做的就是在联锁保护方面要做到严密,周全,尽量把每种可能出现的误操作都考虑到。因此,我多做了几个联锁,当然,这其中包括一些平时调试时的基本的联锁。下面我就来一一介绍。

3.1 、变频器与变频进线柜的联锁  

 

这个是我们常见的联锁,我就不多介绍了。

3.2、 变频器与1#2#出线柜的联锁

我们都知道,变频器的出线不允许接断路器接触器之类的自动分断设备,原因就是在变频器带负载的过程中,不管电流多大,如果瞬间拉断负荷的话,会产生操作过电压,瞬间产生很高的电压,比6KV可能要高很多,这样的电压对电网和电机没什么影响,但对于变频器来说可能会造成IGBT损坏。反之,在变频已经有输出时再合出线柜,那瞬间的过电流也会造成变频器损坏,所以做连锁的目的是为了变频运行的情况下既不能合闸也不能分闸。 

变频器与1#2#出线柜的联锁还有:变频器有故障或非正常停机时,变频器自动跳1#2#出线柜

 

 

将分闸信号并在运行闭锁前,也是考虑到保护变频器的原因。这样保证在分断1#2#出线柜时,变频器已在无输出状态。

3.3、 1#与2#出线柜之间的联锁

一是工况不允许两台电机同时运行,二是考虑到变频器容量的问题,因此1#2#出线柜不能同时合闸

运行闭锁前

3.4、1#,2#风机启动板分别对1#,2#出线柜和变频进线柜的联锁

现场的高压柜(他们自己叫风机启动板)是一种油开关,只要手动把油开关的手柄推上去就可以了,当有故障时,也只是将故障点接在无压释放的点,将油开关中的油卸掉回路就断开了,所以操作回路无需控制电,这是一种纯手动的操作。所以按照常规保护是无法做的,幸好他们的保护回路的电取自电压互感器变过来的电,只要将风机启动板的上隔离推上去,控制回路就有电了。鉴于这样的情况,我在柜内加了一个110V的中间继电器(互感器是6KV变110V),一般的情况下,上隔离刀闸是落下来的,只有工频启动风机时才将其投上,所以,只要他们把上隔离刀闸投上,继电器就会动作,然后把信号传给1#2#出线柜和变频进线柜,将其分断,这样就很有效得避免了返送电的误操作。并且分断的顺序是先分断变频进线柜,变频器停止运行后然后在将1#2#出线柜分断,这次我同样把分闸信号并在运行闭锁前,也是为了保护变频器免受操作过电压的伤害。

 

3.5、1#2#风机频敏电阻的短接辅助节点对变频进线柜的联锁

现场转子回路串接了频敏电阻,以解决风机工频启动时的冲击电流,等风机全速运行后再将电阻短接,但是用变频后,频敏电阻不用再串接进去,可以直接将其短接。所以将频敏电阻的短接辅助节点与变频进线柜联锁起来,用来防止变频初投后操作顺序变更引起操作工的不习惯而忘了先短接频敏电阻。

 

 

四、 节能计算分析

1  理论节电率

1#风机的轴功率为874kW,入口导叶的角度为33.75度,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,算出来,874*(0.15~0.25)=131.1~218.5kW。

2#风机的轴功率为837kW,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%,因工况的变频器,估计节能点在15%——25%之间,算出来,837*(0.15~0.25)=125. 5~209.25kW。

综上所述,按节电为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。

2  实际节电率

变频器运行后,经过几个月的运行,在满足工艺要求的情况下取得了很好的节电效果,现以1#实际测试的用电表数据为准。

2008-3-26在有功表的读数

PT比值为6000﹕100;CT的比值为200﹕5,则合计的倍率为2400﹕1

每天电耗为7*2400=16800kW

单机电耗为16800kW/24(小时)=700 kW

实际节电为874 kW -700 kW =174*24*365*0.58=88.4万元

变频改造以后,由于电动机的变频软启动可提供高的启动转矩且平滑无冲击,避免了在启动过程中转子绕组及阻尼绕组承受很高的热应力和机械应力,延长了电机和风机的使用寿命,并且对电网没有任何的冲击。另外调节风门全开,使风门工作安全特性变好,通过调节电动机转速来实现风量的调节,减少了风门的阻力损耗,提高了系统效率。多种因素表明,变频调节方案是一种经济实用的改造方案。


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