变频调速技术在主通风机、主排水泵中的应用

赵前诗 ZHAO Qian-shi；贠彦章 YUN Yan-zhang

（华亭煤业集团设计研究院，华亭 744100）

（Huating Coal Group Design and Research Institute，Huating 744100，China）

0 引言

华亭煤业集团所属各矿井均为10年前设计矿井，虽然在近几年的技术改造过程中产量跃上了一个大的台阶，但部分矿井在设计之处设备选型过大，运行效率过低，致使耗能量过大。根据2010年华亭煤业集团有关部门及矿井固定机械测试结果：全集团主排水泵电机效率为0.65，主通风设备电机效率为0.54，远远不能满足甘肃省及国家有关要求。而且有很大的节能空间。

华亭煤业集团公司所属矿井的矿山固定机械改造主要实现集团所属矿井固定机械的变频化及节能化。主要对主扇风机变频，优化通风网络，降低风阻，提高设备运行性能，使扇风机运行效率在0.72以上；主排水泵进行变频改造，优化排水效能，提高矿井排水能力。

1 变频器调速技术的节能原理

交流变频器调速技术在节能方面具有明显优势，现将其节能原理简述如下：

按照电机学原理，电动机转速满足以下关系[1]：

式中，P为电机极对数，f为电机运行频率，s为滑差。

由于滑差一般比较小（0～0.05），电机实际转速n约等于同步转速n0。

其中，N 为负载功率，Kp为功率常数，将式（1）代入（2）得：

根据上式，可得表1。从表中可以看到，当频率变化越大，节能效果越明显。

表1 频率变化时电动机输出功率及节能效果

2 变频调速装置选型

确定变频调速装置时应充分考虑以下条件[2]：

①电动机功率、额定电流、待驱动的电动机台数、启动方式、加速时间。

②变频器主要技术指标中，特别注意：

a.适用电动机功率（kW）；

b.输出容量（kW）；

c.额定电流（A）。

其中额定电流为变频器可以连续输出的最大电流有效值，不管用于什么目的，都不允许连续电流超过这个数值。因此，变频器的额定电流必须大于电动机的额定电流。

③变频器电压等级应与电动机、电网一致。

④传动一台电动机时，必须满足：

式中 K—电流补偿系数，k=1.05～1.1；

PM—电动机功率；

η—电动机效率。约为0.85；

cosφ—电动机功率因数，约为0.75。

2）变频器额定电流≥kIe。

式中Ue—分别为电动机的额定电压；

Ie—额定电流。

3 主扇风机电控改造

3.1 主扇风机现状 华亭煤业集团所属的9矿10井现共有主扇风机20台，电机功率为3850kW，根据2010年华亭煤业集团有关部门及矿井固定机械测试结果：全集团主扇风机设备电机效率为0.65。针对此现状，对主扇风机电气控制采用变频改造，优化通风网络，降低风阻，提高设备运行性能，使扇风机运行效率在0.72以上；降低主扇风机空载耗能。设备技术参数详见表2。

表2 主扇风机技术参数表

3.2 主扇风机电控改造方案 ①对需改造的高压主扇风机的电控系统采用安装HIVERT变频器设备，来提高其效率，达到节约电能的目的。HIVERT高压变频器具有以下优点：优良的调速性能，可完全满足生产工艺要求；良好的节能效果，可提高系统运行效率；实现电机软启动，减小启动冲击，降低维护费用，延长设备使用寿命；系统安全、可靠，确保负载连续运行；控制方便、灵活，自动化水平高。②对需改造的低压主扇风机的电控系统采用安装由西门子生产的6SE6440系列变频器，因为由西门子生产的6SE6440系列变频器的质量好，无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。并且有如下优点：1）调速范围宽，软启动性能好，对电机保护有利。2）节能效果好。3）安装方便、维护量小且简单。

4 主排水泵电控改造

4.1 主排水泵现状 华亭煤业集团所属的9矿10井现共有主扇风机30台，电机功率为3267kW，由于大多矿井是投产初期，而主排水泵的选型是考虑到矿井的后期发展，因此主排水泵的效率很低，根据2010年华亭煤业集团有关部门及矿井固定机械测试结果：全集团主扇风机设备电机效率为0.6。针对此现状，对主排水泵电气控制采用变频改造，优化排水效能，提高矿井排水能力，使主排水泵运行效率在0.8以上；降低主主排水泵空载耗能。本项目对30主排水泵设备进行电控改造，电机功率为3267kW。设备技术参数详见表3。

4.2 主扇风机电控改造方案 ①对需改造的高压主排水泵的电控系统采用安装HIVERT变频器设备，来提高其效率，达到节约电能的目的。HIVERT高压变频器具有以下优点：优良的调速性能，可完全满足生产工艺要求；良好的节能效果，可提高系统运行效率；实现电机软启动，减小启动冲击，降低维护费用，延长设备使用寿命；系统安全、可靠，确保负载连续运行；控制方便、灵活，自动化水平高。②对需改造的低压主排水泵的电控系统采用安装由西门子生产的6SE6440系列变频器，因为由西门子生产的6SE6440系列变频器的质量好，无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。并且有如下优点：1）调速范围宽，软启动性能好，对电机保护有利。2）节能效果好。3）安装方便、维护量小且简单。

表3 主排水泵技术参数表

通过对华亭煤业集团所属各矿井的主通风机、主排水泵的变频调速节能应用，说明在煤矿主通风机上实施变频不仅节能效果显著，而且可以优化整个电力传动系统的控制性能。①节能显著，经过一年多的运行，全公司年节约电能1943.905万千瓦时，节约电费1205.22万元。②采用了全数字式主令控制器等多项专利技术[3]，具有优良的控制和保护性能，结构合理、故障率低、维修方便。降低了维修费用。③有利于确保矿井通风系统安全稳定的运行。采用高压变频器调速，可以稳定风机的转速，与传感器配合，可构成恒压闭环控制系统，以保证系统的风压的恒定，从而保证系统的安全与稳定运行[4]。④延长电机和风机以及阀门的使用寿命。由于采用高压变频器调速，风机降速运行，阀门全开；另由于采用高压变频器，电机起动时，起动电流在额定电流以内，消除了直接起动时巨大电应力对电机的损坏和对设备的冲击。这都使得电机和风机以及阀门等使用寿命延长；减少了维修工作量和维修费用。⑤采用变频器控制电机的转速，实现了电机的软启动，避免对电网的冲击，降低设备的故障率，延长设备的使用寿命，节电效果显著。总之它不仅能为煤矿节约大量电能，又能提高生产能力，减轻煤矿工人的劳动强度，达到降支节耗目的。为实现华亭煤业集团又快又好发展夯实基础，节约能源，降低成本，具有现实的社会意义。

[1]王毅，徐殿国.风机类负载起停控制的电机软起动控制器[J].风机技术，2002（4）.

[2]西门子变频器简易选型手册说明书.

[3]刘建业，安曙明等.异步电动机起动及节能智能控制技术综述[J].电工技术，2004（3）.

[4]任中琦，崔忠.10kV高压变频器在煤矿对旋风机中的应用[J].煤矿机电，2009（3）.