鄭　昭（貴州林東煤業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng)550000）

淺談變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

鄭昭（貴州林東煤業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng)550000）

機(jī)電設(shè)備是煤礦生產(chǎn)核心組成部分，對(duì)其實(shí)施節(jié)能化改造是提升效益的綜合保障。結(jié)合變頻調(diào)節(jié)技術(shù)趨勢(shì)，總結(jié)了煤礦機(jī)電變頻調(diào)節(jié)技術(shù)特點(diǎn)，介紹了林東煤業(yè)公司所屬礦井機(jī)電設(shè)備變頻控制的應(yīng)用情況。

變頻技術(shù)；煤礦；應(yīng)用

我國(guó)煤炭工業(yè)既是產(chǎn)能大戶，又是耗能大戶，同時(shí)也是節(jié)能潛力大戶。目前我國(guó)煤礦行業(yè)存在電機(jī)啟動(dòng)困難、機(jī)械損傷嚴(yán)重以及自動(dòng)化程度低等問(wèn)題，迫切需要利用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能降耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，按節(jié)電率30%計(jì)，采用變頻調(diào)速技術(shù)年節(jié)電潛力至少為10×108～15×108kW·h。所以，利用變頻技術(shù)對(duì)現(xiàn)有電機(jī)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，是解決我國(guó)煤炭工業(yè)高消耗、低效益的措施。

1　變頻調(diào)節(jié)技術(shù)

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)簡(jiǎn)而言之就是改變電機(jī)定子繞組供電的頻率，按照具體電路要求，而進(jìn)行變換的應(yīng)用型技術(shù)。隨著變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的日益成熟，已取得了在節(jié)能、提高生產(chǎn)能力和設(shè)備效率等方面的種種效益。變頻器的使用引入矢量控制實(shí)現(xiàn)了調(diào)速快速響應(yīng)和高精度準(zhǔn)確性，由于其在節(jié)能及提高設(shè)備生產(chǎn)效率、維護(hù)性上的優(yōu)點(diǎn)，使得變頻調(diào)節(jié)技術(shù)開始大量應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中。其中應(yīng)用變頻器的主要設(shè)備有礦井提升機(jī)、空氣壓縮機(jī)、主要通風(fēng)機(jī)、瓦斯抽放泵站、主排水設(shè)備、采煤機(jī)、帶式輸送機(jī)等。

2　變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

2.1節(jié)能化

以前在煤礦生產(chǎn)中，風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)的風(fēng)量、流量的控制很少采用轉(zhuǎn)速控制的方式，多是由電動(dòng)及拖動(dòng)，進(jìn)行恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)需要調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量時(shí)，實(shí)際采用的辦法是調(diào)節(jié)擋板或閥門開度來(lái)實(shí)現(xiàn)，有時(shí)更是通過(guò)改變電機(jī)的容量來(lái)實(shí)現(xiàn)，存在嚴(yán)重的節(jié)流損耗，從節(jié)約的觀點(diǎn)來(lái)看是很不經(jīng)濟(jì)的。由于流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速的成正比，電機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，在煤礦生產(chǎn)中采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量的方法，對(duì)節(jié)約能源、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。

2.2數(shù)字化

全數(shù)字化、功能齊全，能夠補(bǔ)償負(fù)載變化，特別是分布式的具有通信、聯(lián)網(wǎng)功能并具有編程功能。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接減少生產(chǎn)成本，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線模塊，將不同型號(hào)的變頻器以同一種編程語(yǔ)言和通信協(xié)議進(jìn)行組態(tài)。

2.3最優(yōu)化

信息技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了變頻技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速因具有調(diào)速精度高、啟動(dòng)能耗低、占地少、工藝先進(jìn)、功能豐富、操作簡(jiǎn)便、通用性強(qiáng)以及易形成閉環(huán)控制等。

3　變頻調(diào)節(jié)技術(shù)用于煤礦機(jī)電設(shè)備

3.1提升機(jī)

泰來(lái)煤礦地面輔助提升絞車型號(hào)為：JK2×1.5，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：JR128-6，電機(jī)容量215kW，電壓380V；原控制系統(tǒng)采用五級(jí)加速TDK-2控制系統(tǒng)，其調(diào)速方法是采用在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路內(nèi)接入金屬電阻，調(diào)速范圍小，精度低，安全性能差，在減速和下放時(shí)，需要投入動(dòng)力制動(dòng)，易造成設(shè)備損壞，浪費(fèi)大量電能，且該控制系統(tǒng)工藝已被列入國(guó)家淘汰產(chǎn)品工藝名錄，存在安全隱患，不利于礦井提升安全。2010年11月該系統(tǒng)改造為“全數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)”。該系統(tǒng)變頻調(diào)速裝置核心控制部件采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX系列PLC作為核心部件，配以法國(guó)施耐德280kW變頻器構(gòu)成變頻電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)回路，用編碼構(gòu)成閉環(huán)控制，使之達(dá)到高精度無(wú)極調(diào)速。該變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)：①設(shè)備先進(jìn)，節(jié)約能耗；②硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障點(diǎn)少，可靠性高；③采用先進(jìn)的閉環(huán)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，提高提升系統(tǒng)的安全水平；④采用變頻器與編碼器構(gòu)成閉環(huán)控制，提高了提升機(jī)的控制性能。從根本上解決了原有的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)存在的各種弊端，使絞車電氣控制系統(tǒng)邁上了一個(gè)臺(tái)階。該控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性比五級(jí)調(diào)速TKD-2控制系統(tǒng)大為提高，運(yùn)行故障率顯著降低，司機(jī)操作簡(jiǎn)單，確保礦井提升機(jī)安全運(yùn)行，而且減少了設(shè)備維修量，節(jié)能效果非常顯著。

3.2礦井通風(fēng)機(jī)

礦井通風(fēng)機(jī)是煤礦的主要用電設(shè)備之一，一般采用恒速運(yùn)行，容量較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，通風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，效率只有少數(shù)達(dá)到70%左右，一般僅有50%，因此對(duì)其節(jié)能改造意義重大。

紅林煤礦地面主要通風(fēng)機(jī)型號(hào)為：FBCDZ24-2×220，電機(jī)容量為2×220kW，采用傳統(tǒng)的運(yùn)行方式，電抗器啟動(dòng)、電機(jī)的啟動(dòng)電流勢(shì)必對(duì)電網(wǎng)造成很大的沖擊，電網(wǎng)電壓跌落將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)上用電設(shè)備工作不正常，在運(yùn)行時(shí)也不能針對(duì)工況變化情況進(jìn)行阻力和風(fēng)量的調(diào)節(jié)，雖然可以采用通過(guò)改變（井下或井上）風(fēng)門開度來(lái)實(shí)現(xiàn)阻力和風(fēng)量的改變，將不可避免地造成風(fēng)機(jī)和電機(jī)的效率極其低下，通風(fēng)容易時(shí)期和困難時(shí)期的阻力和風(fēng)量差異極大，將造成大量的能源被浪費(fèi)，運(yùn)行成本大大提高。

2015年10月紅林煤礦引入合同能源管理模式，對(duì)礦井地面主要通風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行變頻技術(shù)改造，變頻控制系統(tǒng)采用“低壓變頻器+PLC控制+監(jiān)測(cè)監(jiān)控”的模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制，每臺(tái)變頻器單獨(dú)為同一主要通風(fēng)機(jī)的每一臺(tái)電機(jī)供電。采用變頻器不但能解決啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊造成電壓跌落問(wèn)題，起動(dòng)電流可控制在額定電流的2倍以內(nèi)，還可以改變電機(jī)的運(yùn)行頻率，在較寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)地調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的阻力和風(fēng)量。對(duì)風(fēng)機(jī)而言，由于風(fēng)量與電機(jī)轉(zhuǎn)速的成正比，微小的轉(zhuǎn)速變化將導(dǎo)致較大的風(fēng)量變化，因此節(jié)能效果極為明顯。

另外采用變頻器后，電機(jī)的功率因數(shù)由0.75～0.8提高到0.95以上，由于風(fēng)機(jī)是常年長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行，對(duì)于大功率電機(jī)而言，可大大降低電網(wǎng)無(wú)功的產(chǎn)生，由于風(fēng)機(jī)效率提高使得電能節(jié)約相當(dāng)可觀，從而使得運(yùn)行成本大大降低。

3.3瓦斯抽放泵

瓦斯抽放泵是用于煤礦在地面集中抽放井下瓦斯的一種專用安全裝備，其特點(diǎn)是能有效地抽出部分或大部分煤層解吸瓦斯，減輕礦井通風(fēng)負(fù)擔(dān)，同時(shí)將抽出的瓦斯輸送到居民區(qū)或供給瓦斯發(fā)電使用。

對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽放時(shí)，如果抽放量過(guò)大，將使工作面新鮮風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)，造成采空區(qū)自然發(fā)火事故。如果抽放量偏小，又不能有效的控制工作面風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔怀^(guò)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。為此，選擇合適變頻器對(duì)瓦斯抽放泵進(jìn)行調(diào)速控制，使瓦斯抽放達(dá)到最佳參數(shù)。既保證了采空區(qū)抽放的需要，又達(dá)到節(jié)能的效果。

龍鳳煤礦地面瓦斯抽放泵房低負(fù)壓瓦斯泵型號(hào)為SKA-670，電機(jī)型號(hào)為：YB450M2-4，電機(jī)功率為500kW；高負(fù)壓瓦斯泵型號(hào)為：SKA-720，電機(jī)型號(hào)為YB630S2-4，電機(jī)容量為900kW，采用傳統(tǒng)控制方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行的控制。2015年1月與盤江節(jié)能公司進(jìn)行合作，引入合同能源管理模式，對(duì)龍鳳煤礦高低壓瓦斯放泵電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行變頻調(diào)速改造。該變頻調(diào)速系統(tǒng)為中礦大傳動(dòng)公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)ASCS高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，主要采用多重化移相多單元串聯(lián)正弦脈寬調(diào)制（SPWM）疊壓技術(shù)，直接“高-高”式，功率模塊為交-直-交型電壓源變頻調(diào)速器。

4　結(jié)論

總之，新時(shí)期煤礦機(jī)械的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，引入變頻調(diào)節(jié)技術(shù)具有多方面功能優(yōu)勢(shì)。從變頻調(diào)速技術(shù)的簡(jiǎn)單原理與節(jié)能分析中大量的節(jié)電量可以看出這是一種理想的調(diào)速控制方式，因此這種技術(shù)在煤礦中得到了廣泛的應(yīng)用。

［1］劉紅麗，卜建亮.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用探討［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（24）.

［2］吳仲?gòu)?qiáng)，裴德勝，孔令龍.關(guān)于煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻技術(shù)的應(yīng)用分析［J］.科技傳播，2016（11）.

［3］劉東鵬.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2014（08）.

［4］張和平.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用分析［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2015（05）.

［5］霍 兵.煤礦機(jī)電設(shè)備改造中變頻技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.山東煤炭科技，2014（01）.

TD635

A

2095-2066（2016）25-0078-02

2016-8-20

鄭 昭（1965-），男，漢族，貴州遵義人，工程師，大專，主要從事工作方向?yàn)槊旱V機(jī)電專業(yè)技術(shù)管理。