矿用风机高压变频技术的节能应用

摘 要：工业能耗在我国能源消耗中占比较重，风机是其中的能耗高的设备之一，部分能耗为无用功。为提高风机效率、降低能耗，突出对风机进行变频改造。通过对改造效果良好，值得推广。

关键词：高压变频;风机;节能;应用

1 高压变频器在风机中的应用方案

1.1 风机高压变频调整方案

1.1.1 一拖一动

一拖一动方案的原理如图1-a所示，其中QS1、QS2与QS3为高压隔离开关，这三个开关在工作时不能出现全部闭合的状态。在进行变频调节时，QS3断开，其他两个开关闭合，此时变频器开始工作，对风机进行变频调节，但当变频器故障或需要对风机进行检修时，则将QS3闭合，另两个开关断开，此时变频器电路切断停止工作，风机恢复到工频运行状态。此状态下风机的工作方式与未进行改造前一致，但检修员可以进行风机或变频器的检修工作，从而确保检修人员的安全，防止触电事故。

1.1.2 一拖两动

一拖二动方案如图1-b所示，QS1-QS6为高压隔离开关，其中QS2与QS3、QS5、QS6存在电气锁，而QS1与QS4-QS6存在机械锁。而M1和M2则为风机的变频与工频运行部分，这种方案在保留一拖一动的优势时还可以延长电动机的使用寿命。

1.2 调整后的效果

该企业最终选择一拖二动方案改造风机，该风机原先以最大功率240kW运行，根据测算，电动机在通风压力较大的时段时，工作效率大约为75%，但当通风压力较小时，电动机的工作效率只有30%。而改造完毕后，电动机在通风压力较小时可自动降低转速，从而提升工况点，经过测算，改造后的电动机在通风压力较小时的工作效率提升到了65%，相较于之前有显著提升。节电量方面，改造前该风机全年平均耗电量为3.36×106kWh，而改造后则降低到了2.31×106kWh，节电效果达31%，可以证明高压变频技术在风机节能方面具有显著效果。

1.3 经济效益

1.3.1 电费

按照电费平均0.5元/kWh计算，改造后每年可以节省电费52万元，而安装变频器所需的经费，包括购买变频器以及安装所需的人工费、交通费等共计130万元，则该企业在第三年时便可以通过节省的电费收回成本，而变频器的实际工作寿命远超过此，因此高压变频技术可长期为该企业创造经济效益。

1.3.2 隐形成本

在应用高压变频技术后，除了可以节省电费外，还可以有效延长风机的工作寿命，按照原先风机以最大功率工作时的寿命计算，采用高压变频技术最多可以延长风机工作寿命达30%。此外，风机工作中故障率降低可以节省大量维修成本和因风机停机影响生产所需的成本。

2 煤炭企业高压变频风机的应用经验

2.1 管道“塌料”导致风机过流的防止

煤炭企业用于排烟的风机经常出现因粉尘吸附导致的管道内粉尘增多，当粉尘增多到一定程度时，便会造成风机内部出现高温负荷，甚至停机。大多数采用国内研发的“瞬态尖峰负荷差分控制技术”，利用高压变频器对风机的软硬件进行优化调节，通过控制风机的运转负荷的方式，避免了风机长时间高负荷运转导致的管道内灰尘堵塞而引起停机现象，保障了煤炭企业的正常生产。

2.2 对原配液耦和水阻的处理

在利用高压变频器进行风机的改造时，可根据风机转子结构的不同选择适合的安装方式。采用绕线式电机转子的风机，可采用将转子短接的方式，使转子的滑环中不通过电流，降低了转子因电流过大而烧毁的概率;而对于采用液力耦合器风机，可利用与之规格相近的联轴器代替液力耦合器，在实际安装高压变频器时，仅需将原先的液力耦合器拆除后安装制定的联轴器即可完成工作。这种安装方式对风机电机以及其他部分的改动幅度较小，安装的成本较低，对风机运行的调试也更加方便。

2.3 新安装风机的电机的选择

在风机中安装级联式高压变频器后，在后续安装新的风机时，其电机可以选择普通型号的异步电机，而无需选择专用的變频电机。具备变频功能的电机的采购成本要远高于一般的异步电机，而级联式高压变频器具备动态调节普通异步电机的功率的能力，而国内所生产的主流的高压变频器采用的电路拓扑结构使得其所产生的电流谐波较小，满足一般电机的工作需求。

2.4 电源质量对高压变频器的影响

煤炭企业一般在远离城市的偏远区域，经常出现供电问题，供电的质量往往不高，以此在对风机进行高压变频技术的应用时，需要考虑到其电源适应性的问题。而目前国内所生产的高压变频器中采用的电路拓扑技术可以较好地解决因电源不稳定导致的高压变频器工作问题。采用电路拓扑技术的高压变频器具备单元故障旁路、工频旁路、停电自动启动、相间短路保护等技术，可保证高压变频器工作在电源质量不稳定的地区，满足不同行业的工业生产对设备的可靠性要求。

2.5 高压变频器的谐波干扰

输入高压变频器中的电流往往带有谐波，而这些谐波如果不加处理，可能会对变频器造成干扰，如果输入变频器的电流谐波过大，可能造成供电系统的继电保护装置的误动作，导致大面积停电;对生产区域内的其他电子设备造成影响，使计算机之类的电子设备无法正常工作，干扰生产作业的进行;使电容、电动机等电气设备产生谐波效应，增大其功耗，浪费电能或导致元器件因过热损坏等，因此在应用高压变频器时，必须严格控制输入电流的谐波。

对于输入变频器的电流，应当保证其稳态总谐波含量不超过10%，奇次谐波不超过5%，偶次则不超过2%。同时，对高压变频器的控制线接地，在布线是注意相邻线路间的距离不要过小，对于靠近仪表等电子元件的线路应当加装屏蔽线等。

3 结语

高压变频技术是一种应用于电气设备的变频节能技术。高压变频技术在电动机变频中的方式有一拖一动和一拖二动两种。

参考文献：

[1]蒋卫良，杨生华，芮丰华.高压变频器和在煤矿带式输送机上的应用[J].煤炭工程，2018，50（11）：67-70.

作者简介：

张强（1981- ），男，河北邢台人，本科，毕业于太原理工大学，机电工程师。