矿用主通风机驱动变频系统热备方案的研究

摘  要：目前高压变频系统已经在工业领域的各行各业广泛应用，但考慮设备有成千上万的电子元器件组成，在设备运行中出现故障将会对生产造成一定影响，尤其是关键负载，将造成严重的后果，甚至事故，尤其在煤矿主扇变频应用上问题更加突出。本文就山西新元矿亚洲最大主扇风机变频系统提高变频系统可靠性方面做了研究和优化。

关键词：主扇变频;变频器;热备用;飞车启动

煤矿主扇风机是矿井重要负荷，负责井下主通风，当发生故障时，需10分钟内马上投入备用机，否则矿井瓦斯超限引发的安全隐患，因风机停运影响井下工人生命安全，甚至造成安全事故。

山西新元煤矿韩庄通风机房配套的主通风机数量2台，单机功率10kV/6000kW，是当时亚洲最大容量主通风机。现场于2010年应用荣信两套大功率变频器系统，随着使用时间较长，目前设备出现意外停机概率增加，影响矿井的安全生产。为了保证主通风机的连续运行，经过综合分析和设计，现准备增加一台变频器作为现有两台变频器的热备变频器使用，新增加PLC控制系统一套，实现对切换的逻辑控制和变频状态监测。方案充分结合目前现场设备实际情况，实现在保证现场原有系统和设备正常工作的条件下，即保证对现场设备和系统改动少，又不会对现场原有系统造成使用影响的升级方案。

1.主扇变频器冗余控制升级方案

根据现场负载情况，增加热备变频器后，现场升级后高压供电系统一次图如下所示：

系统说明：

G05、G02、G13、G16、—用户现场高压断路器柜;

G04-用户现场高压断路器柜（505 1#变频器旁路柜）;

G14-用户现场高压断路器柜（506 2#变频器旁路柜）

1#变频器、2#变频器—用户现场变频器;

互锁关系说明：

G02、G18具有电气闭锁，2台断路器只能同时一台闭合;

G16、G14具有电气闭锁，2台断路器只能同时一台闭合;

G18、G14具有电气闭锁，2台断路器只能同时一台闭合。

2.新增热备变频器切换逻辑说明

热备变频器上级高开G04合闸，变频器自检通过后处于变频就绪状态。当1#变频器故障时，检测G18断路器处于工作位并且储能就绪状态位（注：G18断路器不处于工作位，则视为用户将不采用新增热备变频器进行倒机），检测G02处于分闸状态，自动切换并启动新增热备变频器，此时热备变频器拖动1#电机运行。

如若当热备变频器拖动1#电机运行时，热备变频器故障，需人为手动倒机，用2#变频器启动2#电机。不建议倒机回1#变频器（由于启动1#变频器需要等待1#电机停稳，并需关闭风门，倒机时间较长），当热备变频器修复后，又可做为2#变频器的热备变频。

当2#变频器故障时，检测G14断路器处于工作位并且储能就绪状态位（注：G14断路器不处于工作位，则视为用户将不采用新增热备变频器进行倒机），检测G16处于分闸状态，自动切换并启动新增热备变频器，此时热备变频器拖动2#电机运行。

RMVC5100系列变频器飞车起动时间一般在5秒左右可完成，可确保切换100%的成功率。

此方案热备变频器可以作为1#变频器热备，也可为2#变频器热备的功能，即当1#变频器或2#变频器故障时自动切换至热备变频器运行。但不能实现热备变频器自动回切至1#变频器或2#变频器运行，需人工手动切换（如需要实现自动回切功能，需对现场原有控制系统重新设计，不适合现场改造）。

3.新增热备变频操作台

①配置操作台一面，配置工控机HMI;

②HMI画面可监控热备变频器运行状态，操作台按钮可实现对变频系统的手动控制。

③具备该热备变频器自动手动切换功能，选择自动切换：当1#或2#变频器故障后，满足切换启动热备变频器后则自动启动热备变频器，若选择手动切换：当1#或2#变频器故障后，满足切换启动热备变频器后，需在上位机点击启动按钮，启动热备变频器。

④远程控制新增热备变频器启动、停止、故障复位、频率给定等。

4.现场设备改造工作说明

1.1新增高压变频器室，土建用地使用面积为12m×5m。

1.2新建变频器室内需要开凿电缆沟与高压变频器室原有电缆沟贯通。

1.3热备变频器进线断路器柜为G04利用，即：用户现场505 1#变频旁路柜，需要铺设高压配电室到新增高压变频器室电缆。

1.42#变频器切换柜G14，即：用户现场506 2#变频旁路柜，拆除G14与母排连接，铺设高压配电室到新增高压变频器室电缆。

1.5高压配电室新增加1#变频器切换柜G18，替换用户现场514电动机切换柜。

1.6影响通风机运行的现场工程量：设备改造时原2#变频旁路柜摘母排需矿方断开风机房母联分段运行;原18#电动机切换柜移除，新增1#变频器切换柜G18预计需要停电停产3小时，调试过程需要停机2小时。

结束语：

通过增加上述硬件，在保证原变频系统继续服役的基础了，大幅提高了系统的可靠性，热备变频可为任意一台实现备件，并可在运行变频故障时实现自动切换。无需人为现场倒机，为矿井安全生产提供了保障，为要求高可靠性的现场改造提供了一种新思路。

参考文献：

[1]荣信变频器产品样本 2015

[2]陈坚.电力电子学[M]北京：高等教育出版社，2003

[3]煤矿安全规程 2010版 煤矿矿井主扇通风机管理制度

作者简介：

单良（1983—）男，辽宁鞍山人，工程师，目前供职于卧龙荣信传动公司电气设计部，从事高压变频器应用领域研究10年以上。