一、引言
朱仙莊礦位于安徽省淮北平原中部，朱仙莊煤礦西風井風機主要擔負北部采區(qū)通風，要求安全穩(wěn)定性極高，因為主風機一旦停機，短時間內(nèi)就將造成全礦無法正常生產(chǎn)；控制方式采用調(diào)節(jié)風門開度的大小來調(diào)整風量。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風機都要全速運轉(zhuǎn)，而運行工況的變化則使得能量以風門節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。從而導致生產(chǎn)成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。
二、現(xiàn)場技術參數(shù)：
電動機
型號：YR1250-10/1430
功率：1250KW
電壓：6000V
電流：146A
額定轉(zhuǎn)速：590轉(zhuǎn)/分
額定轉(zhuǎn)子電壓：1365V
額定轉(zhuǎn)子電流：572A
定子接線方式：Y
轉(zhuǎn)子接線方式：Y
絕緣等級：B
廠家：蘭州電機廠
出廠日期：1979年12月
離心風機
型號：K4-73-02NO28F
流量：784800米3/小時（1800-10800m3/min）
主軸轉(zhuǎn)數(shù)：580轉(zhuǎn)/分
全壓：392公斤/米2（50～500mmH2O）
電機容量：1250KW
廠家：沈陽風機廠
出廠日期：1970年10月
設備布置采用抽出式通風方式，配備反風道反風，扇風機與電動機設于主機房內(nèi)，主機房為雙層工業(yè)廠房，風道為半地下式。吸風側(cè)設兩個立閘門，兩個水平反風門，擴散器側(cè)兩個水平反風門，每個風門各用一臺JFM-4型啟閉風門絞車進行操縱，風門絞車采用集中與就地兩種操作方式。
起動方式：電動機轉(zhuǎn)子串接頻敏電阻器
頻敏電阻器型號為BP1-316-4020
傳動方式：直接傳動
調(diào)節(jié)方式：手動操作風門絞車控制立閘門 （改變管路阻力特性曲線）
三、變頻改造前存在的問題：
1.原工礦使用的為轉(zhuǎn)子串電阻啟動方式，啟動不穩(wěn)定，造成了大的機械沖擊，導致電機壽命大大降低；
2.轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，控制系統(tǒng)復雜，故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機電刷容易損壞，維護工作量大；
3.啟動時電流過大，對電網(wǎng)沖擊很大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性；
4.原工礦調(diào)節(jié)風量主要由調(diào)節(jié)風門來實現(xiàn)，多余的風量全部浪費在風門上,造成了嚴重資源浪費；
5.原工礦無調(diào)速方式，無法實現(xiàn)無級調(diào)速；
6.自動化程度低，影響整體系統(tǒng)安全性；
四、變頻控制方案
1、采用功率單元串聯(lián)多電源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)無級調(diào)速和多速度等級運行，能帶載調(diào)節(jié)風機工況點，滿足主通風機各種運行工況。
2、選用一套6kV變頻裝置，通過切換，可以分別拖動兩臺風機單獨運行，具有一拖二功能。
3、在變頻器故障狀態(tài)下，可切換到工頻狀態(tài)運行；
4、采用變頻的軟啟動技術，啟動電流小，減少對電網(wǎng)及風機沖擊。
5、具有變頻器工作狀態(tài)在線檢測功能，并能與礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。
6、變頻器采用先進的功率單元串聯(lián)疊波技術，空間矢量控制的正弦波PWM調(diào)制方法，新穎的全中文操作界面和高性能IGBT功率器件，可靠性高、性能優(yōu)越、操作簡便。
7、高質(zhì)量電源輸入：輸入側(cè)隔離變壓器二次線圈經(jīng)過移相，為功率單元提供電源對于6kV而言相當于30脈沖不可控整流輸入，消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網(wǎng)側(cè)諧波（尤其是低次諧波）的產(chǎn)生。變頻器引起的電網(wǎng)諧波電壓和諧波電流含量滿足IEEE 519-1992和 GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》對諧波含量最嚴格要求，無需安裝輸入濾波器并保護周邊設備免受諧波干擾。正常調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)大于 0.96。無需功率因數(shù)補償電容，減少無功輸入，降低供電容量。
8、完美的輸出性能：單元脈寬調(diào)制疊波輸出， 6kV系列每相5個單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美的正弦波。
五、變頻控制特點
1.優(yōu)良的調(diào)速性能，完全滿足生產(chǎn)工藝要求；
2.良好的節(jié)能效果，提高系統(tǒng)運行效率；
3.實現(xiàn)電機軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護費用，延長設備使用壽命；
4.啟動時，最大只有1.3 倍的額定電流，根本不影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
5.系統(tǒng)安全、可靠，確保風機連續(xù)運行；
6.控制方便、靈活，自動化水平高；
7.輸入諧波含量小，不對電網(wǎng)造成污染；輸出諧波含量低，適合所有改造項目的異步電動機；
8.實現(xiàn)無級調(diào)速，風門全部開，由風機速度調(diào)節(jié)來實現(xiàn)改變風量大小，滿足現(xiàn)場工況；
9.界面全為純中文操作，非常符合國人特點；
10.安全保護功能齊全，除了過壓、過熱、過載、短路等自身保護功能外，還設有外圍連鎖保護系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性；
六、風機集控系統(tǒng)
1.使用風機集控系統(tǒng)的現(xiàn)實意義
扇風機是煤礦建設和生產(chǎn)中關鍵而又重要的設備，運行的好與壞直接關系到煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。因此，一個比較完善、操作方便的控制系統(tǒng)對其運行的過程進行監(jiān)控便顯得十分重要，也是保障風機安全、可靠運行的最佳途徑。針對其重要性，吸收先進的控制理念，并針對風機運行的特點，采用風機集控系統(tǒng)，做到安全、可靠、經(jīng)濟、操作方便。
2.風機集控系統(tǒng)組成
朱仙莊礦西風井安裝2臺大型礦用離心式風機，一用一備。拖動電機為1250KW的異步繞線式電動機，采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動。風機的風量調(diào)節(jié)：在工頻時通過立閘門的開度調(diào)節(jié)；變頻時通過調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，達到調(diào)節(jié)風量的目的。
電控系統(tǒng)采用了PLC組成的二級分布式計算機集散式控制系統(tǒng)，在扇風機運行的過程進行實時的數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)顯示、控制、保護、報警和管理。系統(tǒng)由操作站（以下簡稱為上位機）和現(xiàn)場控制站兩部分組成，現(xiàn)場控制站采用S7-300系列的PLC一對一控制。操作站配置了威達電工控機：PIV2.4G 512M 80G 52X光驅(qū)；19DELL彩顯；操作系統(tǒng)為WindowsXP；
監(jiān)控組態(tài)軟件采用WINCC6.0組態(tài)軟件。
3、風機集控系統(tǒng)功能
? 采集各臺扇風機運行的工藝參數(shù)、電器參數(shù)、電氣設備運行的狀況。
? 扇風機可由PLC進行控制，嚴格按控制程序進行控制，并對扇風機正常切換和故障切換進行控制和操作指導；且在控制柜實現(xiàn)硬件閉鎖控制。
? 在控制站顯示扇風系統(tǒng)工藝參數(shù)表、電氣參數(shù)、設備運行狀態(tài)（工作、停止、故障）以及報警參數(shù)表等。
? 自動建立數(shù)據(jù)庫，對于重要的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)自動生成趨勢曲線。
? 報表打印功能。
? 當運行風機發(fā)生故障時，利用運行記錄的曲線對故障進行分析和處理。
? 在條件具備時，可實現(xiàn)遠控，達到“無人值守”。
4、風機集控系統(tǒng)特點
? 本系統(tǒng)軟件采用功能強大的組態(tài)軟件開發(fā)，并提供了良好的人機界面，便于用戶學習和操作。
? 界面友好，各種信息的顯示、查看操作簡單，易學易用。
? 數(shù)據(jù)安全性高，穩(wěn)定性好。提供了完善的錯誤中斷提示。
? 設置了用戶權(quán)限管理。一般用戶只能查看普通操作，責任用戶只有將用戶名和密碼登錄后，才能進行相關的操作。
七、節(jié)能計算
按工頻和變頻運行實際電流計算，計算數(shù)據(jù)取2008年技術測定
工頻運行時，風門開度為2m左右，運行電流在96.7A。
工頻運行時功率和耗電：
P1= 1.732×6×96.7×0.77=773.78kW
N=773.78×24=18570.67kW•h
變頻器運行時，風門全開，運行電流在46.6A，由變頻器調(diào)節(jié)風機速度來滿足風量要求。
變頻運行時功率和耗電：
P2= 1.732×6×46.6×0.958=463.93kW
N=463.93×24=11134.27kWh
節(jié)電率：
（18570.67-11134.27）/18570.67=40 %
節(jié)約電費計算：
以電價0.6元/度為標準，工頻24小時耗電費：
18570.67×0.6=11142.4元
變頻24小時耗電量
11134.27×0.6=6680.6元
變頻改造后，日節(jié)約電費：
11142.4-6680.6=4461.8元
一年以365天為標準計算，年節(jié)約電費：
4461.8×365=1628557元
八、總結(jié)
淮北礦業(yè)集團朱仙莊煤礦西風井經(jīng)過高壓變頻器改造之后,不僅達到了良好的節(jié)能效果,并且使整套通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性提搞了一個大臺階.