張 健

(潞安化工集團(tuán) 五陽(yáng)煤礦，山西 長(zhǎng)治 046205)

主通風(fēng)機(jī)的作用是能保證向礦井井下各用風(fēng)地點(diǎn)連續(xù)輸送足夠數(shù)量的新鮮空氣，稀釋并排出各種有害性氣體及礦塵，保證井下工作人員的健康和礦井安全生產(chǎn)，主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性不止直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)的持續(xù)，同時(shí)關(guān)系到礦井的安全以及井下作業(yè)人員的安全。作為礦井安全生產(chǎn)的重要保障，主通風(fēng)機(jī)必須保證連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不得隨意停機(jī)，因此，確保主通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是搞好礦井通風(fēng)工作的首要任務(wù)。

1 主通風(fēng)機(jī)概況

五陽(yáng)煤礦南豐回風(fēng)井采用機(jī)械抽出式的通風(fēng)方式，安裝兩套對(duì)旋式主通風(fēng)機(jī)，每套主通風(fēng)機(jī)配置兩臺(tái)1 850 kW防爆電機(jī)，兩回路電源進(jìn)線,各帶一套主通風(fēng)機(jī)，兩套主通風(fēng)機(jī)互為備用，主通風(fēng)機(jī)布置示意見(jiàn)圖1.

圖1 對(duì)旋式主通風(fēng)機(jī)布置示意

主通風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)采用的ABB公司生產(chǎn)的ACS5000變頻器作為主驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其供電方式為：主回路進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜—高壓開(kāi)關(guān)柜—變頻器—變頻器高壓切換柜—風(fēng)機(jī)，變頻驅(qū)動(dòng)方式為一拖一，每臺(tái)變頻器帶1臺(tái)電機(jī)，4套變頻調(diào)速裝置與電機(jī)一對(duì)一配置。

在用主通風(fēng)機(jī)與備用主通風(fēng)機(jī)的切換通過(guò)切換柜的8個(gè)KM接觸器和2個(gè)QF切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，主通風(fēng)機(jī)的切換分為正常切換和故障狀態(tài)下的交叉切換。具體切換方式見(jiàn)圖2.

圖2 目前主通風(fēng)機(jī)變頻切換示意

1) 正常切換。以1號(hào)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為在用風(fēng)機(jī)為例，正常情況下是接觸器KM1、KM2，KM5、KM6四個(gè)接觸器閉合，KM3、KM4，KM7、KM8四個(gè)接觸器斷開(kāi)，QF1、QF2兩個(gè)切換開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，此時(shí)1號(hào)主通風(fēng)機(jī)2臺(tái)電機(jī)運(yùn)行。在進(jìn)行1號(hào)風(fēng)機(jī)切換2號(hào)風(fēng)機(jī)時(shí)，需將KM1、KM2，KM5、KM6四個(gè)接觸器斷開(kāi)，KM3、KM4，KM7、KM8四個(gè)接觸器閉合，此時(shí)2號(hào)主通風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，1號(hào)主通風(fēng)機(jī)切換2號(hào)主通風(fēng)機(jī)完成。

2) 故障狀態(tài)下的交叉切換。以1號(hào)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為在用風(fēng)機(jī)為例，如在1號(hào)風(fēng)機(jī)切換2號(hào)風(fēng)機(jī)過(guò)程中因2號(hào)風(fēng)機(jī)變頻器故障，則可以通過(guò)閉合KM1、QF1、KM4、KM5、QF2、KM8實(shí)現(xiàn)1號(hào)主通風(fēng)機(jī)變頻器帶2號(hào)主通風(fēng)機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式。

2 目前主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題

1) 南豐主通風(fēng)機(jī)變頻電控系統(tǒng)自2009年投運(yùn)，電控系統(tǒng)運(yùn)行至今已歷時(shí)13 a.與通風(fēng)機(jī)機(jī)械部分不同，雖然主通風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)也是一備一用的應(yīng)用方式，但為保證系統(tǒng)故障時(shí)主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)能快速投入運(yùn)行，系統(tǒng)的電控部分一直處于熱備用狀態(tài)。也就是說(shuō)在實(shí)際使用過(guò)程中變頻器全年每天24 h均處于運(yùn)行狀態(tài)，且運(yùn)行過(guò)程中變頻器內(nèi)部的很多器件未進(jìn)行過(guò)全面的維護(hù)和保養(yǎng)。近年來(lái)主通風(fēng)機(jī)電控的主系統(tǒng)、備用系統(tǒng)頻繁發(fā)生故障，其原因主要是由于系統(tǒng)老化。

2) 變頻器本體的很多功率器件及輔助裝置的設(shè)計(jì)壽命已超過(guò)極限，以散熱風(fēng)機(jī)為例，ACS5000的產(chǎn)品手冊(cè)中要求其頂置散熱風(fēng)機(jī)最長(zhǎng)的使用年限是4 a.主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行達(dá)到4 a后必須對(duì)散熱風(fēng)機(jī)的軸承及其附屬部分進(jìn)行保養(yǎng)，但是變頻器的散熱風(fēng)機(jī)已不間斷運(yùn)行了12 a.

3) 主通風(fēng)機(jī)變頻電控系統(tǒng)在2009年選用的產(chǎn)品是ACS5000型，在12 a時(shí)間里ABB對(duì)于該產(chǎn)品進(jìn)行了多次升級(jí)換代，因而，在備品備件方面及后期的同類型產(chǎn)品中與原產(chǎn)品通用的較少也是一個(gè)較為棘手的問(wèn)題。

因此，為提高主通風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，需要對(duì)南豐主通風(fēng)機(jī)的變頻控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3 解決方案

通過(guò)調(diào)研，目前各煤礦主通風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)普遍采用的是一拖一的方式，即一套變頻器帶一套風(fēng)機(jī)，兩套變頻器互為備用，可切換。

針對(duì)五陽(yáng)煤礦目前變頻控制系統(tǒng)老化、故障率高的問(wèn)題，比較傳統(tǒng)的改造方式就是直接拆除舊的變頻器及附屬設(shè)備，安裝新的變頻器及附屬設(shè)備，雖然施工工藝簡(jiǎn)單，但是由于原電控系統(tǒng)變頻器整體軟硬件相對(duì)老舊，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，直接更換變頻器需要較長(zhǎng)時(shí)間，主通風(fēng)機(jī)單風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間至少50 d左右，在系統(tǒng)改造過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)停機(jī)等問(wèn)題,風(fēng)險(xiǎn)大。

變頻控制系統(tǒng)改造最基本的要求就是不能影響礦井的正常生產(chǎn)。為進(jìn)一步縮小改造風(fēng)險(xiǎn)，提高主通風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，本礦機(jī)電科技術(shù)人員和變頻器廠家、電控廠家及風(fēng)機(jī)廠家進(jìn)行了技術(shù)溝通和論證，提出了三拖二的變頻器驅(qū)動(dòng)方式，新增兩套變頻器控制系統(tǒng)，對(duì)新增的系統(tǒng)脫離舊系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)試，待新增變頻系統(tǒng)調(diào)試完成后，和主系統(tǒng)對(duì)接，原有的兩套變頻控制系統(tǒng)保留一套，作為備用變頻系統(tǒng)，通過(guò)切換柜的控制方式，將新變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為三拖二模式。兩種改造方式的方案對(duì)比,見(jiàn)表1.

表1 兩種主通風(fēng)機(jī)變頻改造方案對(duì)比

4 三拖二變頻控制系統(tǒng)原理和可行性分析

三拖二變頻控制系統(tǒng)有3套變頻系統(tǒng)，其中2套新變頻系統(tǒng)，1套舊變頻系統(tǒng)，正常狀態(tài)下2套新變頻控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)1號(hào)和2號(hào)兩個(gè)系統(tǒng)的電機(jī)，3號(hào)變頻控制系統(tǒng)作為1號(hào)和2號(hào)系統(tǒng)的備用系統(tǒng)——既可通過(guò)切換柜驅(qū)動(dòng)1號(hào)系統(tǒng)電機(jī)也可以驅(qū)動(dòng)2號(hào)系統(tǒng)電機(jī)，且在3號(hào)系統(tǒng)沒(méi)有投入運(yùn)行的狀態(tài)下，1號(hào)、2號(hào)系統(tǒng)之間可以正常自動(dòng)切換，當(dāng)3號(hào)系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，可作為1號(hào)、2號(hào)系統(tǒng)的備用系統(tǒng)，為保障切換的可靠性，3號(hào)系統(tǒng)只能在手動(dòng)狀態(tài)下切入系統(tǒng)，這樣不光確保了系統(tǒng)高可靠性還能保證操作的安全性。其切換方式見(jiàn)圖3.

圖3 三拖二變頻控制系統(tǒng)切換示意

三拖二變頻控制系統(tǒng)改造實(shí)施內(nèi)容如下：

第1階段：高壓系統(tǒng)改造，安裝新變頻控制系統(tǒng)的高壓開(kāi)關(guān)，并在原高壓配電系統(tǒng)中。

第2階段:為確保系統(tǒng)改造過(guò)程中舊設(shè)備的運(yùn)行可靠性，對(duì)舊系統(tǒng)兩套變頻電控設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，確保系統(tǒng)改造過(guò)程中運(yùn)行可靠性，維護(hù)時(shí)間不影響設(shè)備運(yùn)行。

第3階段：新1號(hào)、2號(hào)變頻控制系統(tǒng)設(shè)備安裝及獨(dú)立調(diào)試，設(shè)備包括：操作臺(tái)、PLC柜、低壓柜、1號(hào)系統(tǒng)變頻器及切換柜。

第4階段：拆除舊1號(hào)變頻控制系統(tǒng)設(shè)備，將新1號(hào)變頻控制系統(tǒng)與主系統(tǒng)對(duì)接；然后拆除舊2號(hào)變頻控制系統(tǒng)設(shè)備，將新2號(hào)變頻控制系統(tǒng)與主系統(tǒng)對(duì)接，施工期間為單風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，單風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間預(yù)計(jì)6d.

第5階段：原變頻控制系統(tǒng)保留一套，接入切換系統(tǒng)，通過(guò)切換柜控制方式的改造，新變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為三拖二模式。

在改造過(guò)程中不影響原有系統(tǒng)的運(yùn)行，基本思路是獨(dú)立于原來(lái)系統(tǒng)，重新安裝兩套新變頻控制系統(tǒng)，老系統(tǒng)保留一套變頻器接入切換系統(tǒng)作為備用系統(tǒng)。安裝就位后新舊系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接時(shí)間完全可控制在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)檢修時(shí)間段內(nèi)，另外，切換柜中間的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)采用手車(chē)式開(kāi)關(guān)，可以完全抽出，因此，新系統(tǒng)的接入完全不受舊系統(tǒng)的影響。

5 三拖二變頻控制系統(tǒng)穩(wěn)定性討論分析

采用三拖二變頻控制系統(tǒng)，為確保改造后的新變頻控制的穩(wěn)定性和可靠性，選用的新變頻器應(yīng)于舊變頻器規(guī)格型號(hào)一致，原因如下：

1) 目前主通風(fēng)機(jī)所用變頻器為ABB ACS5000型變頻器，自投入使用以來(lái)(在出現(xiàn)元器件老化前)，運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，使用效果良好。

2) 主通風(fēng)機(jī)屬于礦山重要負(fù)荷，為了確保安全運(yùn)行，經(jīng)與現(xiàn)有的ABB變頻器廠家進(jìn)行技術(shù)溝通，考慮到不同類型的變頻器在接口、程序、保護(hù)等方面存在不一致性，如果使用其他類型的變頻器，可能出現(xiàn)系統(tǒng)不兼容等問(wèn)題，影響變頻控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3) 由于不同類型的變頻器在結(jié)構(gòu)、尺寸上不一樣，如使用其他類型變頻器，則會(huì)影響變頻器的安裝與接線。

6 結(jié) 語(yǔ)

主通風(fēng)機(jī)作為煤礦關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其安全性直接影響到礦井井下瓦斯的正常排放，繼而影響到礦井安全生產(chǎn)和人身安全，因此，主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性至關(guān)重要，因而在進(jìn)行主通風(fēng)機(jī)改造時(shí)，首先要對(duì)改造后主通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性進(jìn)行充分論證和分析。

本文在主通風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)改造的基礎(chǔ)上，在確保主通風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，創(chuàng)新的探索了主通風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的運(yùn)行工藝，選用同型號(hào)、同規(guī)格的變頻器和附屬設(shè)備，采用三拖二的驅(qū)動(dòng)方式，能進(jìn)一步高主通風(fēng)機(jī)的應(yīng)急處置能力，最大限度的提高改造后系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保障主通風(fēng)機(jī)安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保障礦井安全高效生產(chǎn)，具備一定的可行性。