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(fēng)井風(fēng)機(jī)主要擔(dān)負(fù)北部采區(qū)通風(fēng)，要求安全穩(wěn)定性極高，因?yàn)橹黠L(fēng)機(jī)一旦停機(jī)，短時(shí)間內(nèi)就將造成全礦無(wú)法正常生產(chǎn)；控制方式采用調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)整風(fēng)量。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門(mén)節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過(guò)程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。

二、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)參數(shù)：
電動(dòng)機(jī)
型號(hào)：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(jí)：B
廠家：蘭州電機(jī)廠
出廠日期：1979年12月

離心風(fēng)機(jī)
型號(hào)：K4-73-02NO28F
流量：784800米³/小時(shí)（1800-10800m³/min）
主軸轉(zhuǎn)數(shù)：580轉(zhuǎn)/分
全壓：392公斤/米²（50～500mmH₂O）
電機(jī)容量：1250KW
廠家：沈陽(yáng)風(fēng)機(jī)廠
出廠日期：1970年10月

設(shè)備布置采用抽出式通風(fēng)方式，配備反風(fēng)道反風(fēng)，扇風(fēng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)設(shè)于主機(jī)房?jī)?nèi)，主機(jī)房為雙層工業(yè)廠房，風(fēng)道為半地下式。吸風(fēng)側(cè)設(shè)兩個(gè)立閘門(mén)，兩個(gè)水平反風(fēng)門(mén)，擴(kuò)散器側(cè)兩個(gè)水平反風(fēng)門(mén)，每個(gè)風(fēng)門(mén)各用一臺(tái)JFM-4型啟閉風(fēng)門(mén)絞車(chē)進(jìn)行操縱，風(fēng)門(mén)絞車(chē)采用集中與就地兩種操作方式。
起動(dòng)方式：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接頻敏電阻器
頻敏電阻器型號(hào)為BP1-316-4020
傳動(dòng)方式：直接傳動(dòng)
調(diào)節(jié)方式：手動(dòng)操作風(fēng)門(mén)絞車(chē)控制立閘門(mén) （改變管路阻力特性曲線）

三、變頻改造前存在的問(wèn)題：

1.原工礦使用的為轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)方式，啟動(dòng)不穩(wěn)定，造成了大的機(jī)械沖擊，導(dǎo)致電機(jī)壽命大大降低；
2.轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)復(fù)雜，故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷容易損壞，維護(hù)工作量大；
3.啟動(dòng)時(shí)電流過(guò)大，對(duì)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(fēng)量主要由調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)，多余的風(fēng)量全部浪費(fèi)在風(fēng)門(mén)上,造成了嚴(yán)重資源浪費(fèi)；
5.原工礦無(wú)調(diào)速方式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；
6.自動(dòng)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(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和多速度等級(jí)運(yùn)行，能帶載調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)，滿(mǎn)足主通風(fēng)機(jī)各種運(yùn)行工況。
2、選用一套6kV變頻裝置，通過(guò)切換，可以分別拖動(dòng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)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(yùn)行；
4、采用變頻的軟啟動(dòng)技術(shù)，啟動(dòng)電流小，減少對(duì)電網(wǎng)及風(fēng)機(jī)沖擊。
5、具有變頻器工作狀態(tài)在線檢測(cè)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(jìn)的功率單元串聯(lián)疊波技術(shù)，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(jiǎn)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(guò)移相，為功率單元提供電源對(duì)于6kV而言相當(dāng)于30脈沖不可控整流輸入，消除了大部分由單個(gè)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(mǎn)足IEEE 519-1992和 GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》對(duì)諧波含量最嚴(yán)格要求，無(wú)需安裝輸入濾波器并保護(hù)周邊設(shè)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(wú)需功率因數(shù)補(bǔ)償電容，減少無(wú)功輸入，降低供電容量。
8、完美的輸出性能：?jiǎn)卧}寬調(diào)制疊波輸出， 6kV系列每相5個(gè)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(diǎn)

1.優(yōu)良的調(diào)速性能，完全滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求；
2.良好的節(jié)能效果，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率；
3.實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，減小啟動(dòng)沖擊，降低維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；
4.啟動(dòng)時(shí)，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(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行；
6.控制方便、靈活，自動(dòng)化水平高；
7.輸入諧波含量小，不對(duì)電網(wǎng)造成污染；輸出諧波含量低，適合所有改造項(xiàng)目的異步電動(dòng)機(jī)；
8.實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，風(fēng)門(mén)全部開(kāi)，由風(fēng)機(jī)速度調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)改變風(fēng)量大小，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工況；
9.界面全為純中文操作，非常符合國(guó)人特點(diǎn)；
10.安全保護(hù)功能齊全，除了過(guò)壓、過(guò)熱、過(guò)載、短路等自身保護(hù)功能外，還設(shè)有外圍連鎖保護(hù)系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性；

六、風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)

1.使用風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)意義

扇風(fēng)機(jī)是煤礦建設(shè)和生產(chǎn)中關(guān)鍵而又重要的設(shè)備，運(yùn)行的好與壞直接關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，一個(gè)比較完善、操作方便的控制系統(tǒng)對(duì)其運(yùn)行的過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控便顯得十分重要，也是保障風(fēng)機(jī)安全、可靠運(yùn)行的最佳途徑。針對(duì)其重要性，吸收先進(jìn)的控制理念，并針對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)，采用風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)，做到安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、操作方便。

2.風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)組成

朱仙莊礦西風(fēng)井安裝2臺(tái)大型礦用離心式風(fēng)機(jī)，一用一備。拖動(dòng)電機(jī)為1250KW的異步繞線式電動(dòng)機(jī)，采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)：在工頻時(shí)通過(guò)立閘門(mén)的開(kāi)度調(diào)節(jié)；變頻時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。

電控系統(tǒng)采用了PLC組成的二級(jí)分布式計(jì)算機(jī)集散式控制系統(tǒng)，在扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行的過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)檢測(cè)、數(shù)據(jù)顯示、控制、保護(hù)、報(bào)警和管理。系統(tǒng)由操作站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為上位機(jī)）和現(xiàn)場(chǎng)控制站兩部分組成，現(xiàn)場(chǎng)控制站采用S7-300系列的PLC一對(duì)一控制。操作站配置了威達(dá)電工控機(jī)：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(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)功能

? 采集各臺(tái)扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工藝參數(shù)、電器參數(shù)、電氣設(shè)備運(yùn)行的狀況。
? 扇風(fēng)機(jī)可由PLC進(jìn)行控制，嚴(yán)格按控制程序進(jìn)行控制，并對(duì)扇風(fēng)機(jī)正常切換和故障切換進(jìn)行控制和操作指導(dǎo)；且在控制柜實(shí)現(xiàn)硬件閉鎖控制。
? 在控制站顯示扇風(fēng)系統(tǒng)工藝參數(shù)表、電氣參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（工作、停止、故障）以及報(bào)警參數(shù)表等。
? 自動(dòng)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于重要的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)自動(dòng)生成趨勢(shì)曲線。
? 報(bào)表打印功能。
? 當(dāng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，利用運(yùn)行記錄的曲線對(duì)故障進(jìn)行分析和處理。
? 在條件具備時(shí)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控，達(dá)到“無(wú)人值守”。

4、風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)特點(diǎn)
? 本系統(tǒng)軟件采用功能強(qiáng)大的組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，并提供了良好的人機(jī)界面，便于用戶(hù)學(xué)習(xí)和操作。
? 界面友好，各種信息的顯示、查看操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用。
? 數(shù)據(jù)安全性高，穩(wěn)定性好。提供了完善的錯(cuò)誤中斷提示。
? 設(shè)置了用戶(hù)權(quán)限管理。一般用戶(hù)只能查看普通操作，責(zé)任用戶(hù)只有將用戶(hù)名和密碼登錄后，才能進(jìn)行相關(guān)的操作。

七、節(jié)能計(jì)算

按工頻和變頻運(yùn)行實(shí)際電流計(jì)算，計(jì)算數(shù)據(jù)取2008年技術(shù)測(cè)定
工頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)門(mén)開(kāi)度為2m左右，運(yùn)行電流在96.7A。
工頻運(yùn)行時(shí)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(yùn)行時(shí)，風(fēng)門(mén)全開(kāi)，運(yùn)行電流在46.6A，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度來(lái)滿(mǎn)足風(fēng)量要求。
變頻運(yùn)行時(shí)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(fèi)計(jì)算：
以電價(jià)0.6元/度為標(biāo)準(zhǔn)，工頻24小時(shí)耗電費(fèi)：
18570.67×0.6=11142.4元
變頻24小時(shí)耗電量
11134.27×0.6=6680.6元
變頻改造后，日節(jié)約電費(fèi)：
11142.4-6680.6=4461.8元
一年以365天為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)：
4461.8×365=1628557元

八、總結(jié)
淮北礦業(yè)集團(tuán)朱仙莊煤礦西風(fēng)井經(jīng)過(guò)高壓變頻器改造之后,不僅達(dá)到了良好的節(jié)能效果,并且使整套通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提搞了一個(gè)大臺(tái)階.