一、現(xiàn)場系統(tǒng)情況
煤礦因生產(chǎn)的特殊性，礦井通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)系到礦山的安全生產(chǎn)，所以通風(fēng)系統(tǒng)在煤炭生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。其中主扇風(fēng)機(jī)在煤礦生產(chǎn)中有著最重要的地位，隨著開采和掘進(jìn)的不斷延伸，巷道延長，盡管風(fēng)量基本不變，但風(fēng)壓要求卻不斷增加，風(fēng)機(jī)需用功率也隨之增加。根據(jù)反風(fēng)及開采后期運(yùn)行狀況來確定的主扇風(fēng)機(jī)及拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率通常遠(yuǎn)大于煤礦長期開采所需的正常運(yùn)行功率。五溝煤礦主扇風(fēng)機(jī)采用500KW/6KV電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，電機(jī)采用直接啟動(dòng)的方式。
目前采用高壓電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)，存在以下幾個(gè)問題：
●電能的嚴(yán)重浪費(fèi)。煤礦的服務(wù)年限大多在60年以上，投產(chǎn)初期到井田穩(wěn)定開采一般在10年左右，這就意味著有這10年的時(shí)間里，主扇風(fēng)機(jī)一直處在較輕負(fù)載下運(yùn)行。由于工頻運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)，只能通過改變風(fēng)機(jī)葉片的角度進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，因此造成能源浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本。
●啟動(dòng)困難，機(jī)械損傷嚴(yán)重。主扇風(fēng)機(jī)采用直接啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間長，啟動(dòng)電流大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣有著較大的威脅，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。而電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中所產(chǎn)生的單軸轉(zhuǎn)矩現(xiàn)象使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生較大的機(jī)械振動(dòng)應(yīng)力，嚴(yán)重影響到電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)及其它機(jī)械的使用壽命。
●自動(dòng)化程度低。主扇風(fēng)機(jī)依靠人工調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)壓，更不具備風(fēng)量的自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)功能，自動(dòng)化程度低。在故障狀態(tài)下，如風(fēng)流短路，將對(duì)礦井正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。
為了礦井的安全生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本，提升該煤礦的自動(dòng)化水平，對(duì)主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造具有非常重要的意義。
二、高壓變頻改造方案
1、主回路系統(tǒng)方案
考慮到現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的情況，煤礦主扇軸流風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)采用一拖二手動(dòng)旁路方式，采用一臺(tái)變頻器分別單獨(dú)傳動(dòng)二臺(tái)風(fēng)機(jī)中的一臺(tái)風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)，正常情況下，允許有一負(fù)載工作在變頻狀態(tài)，另一負(fù)載工作在工頻狀態(tài)，也可以兩臺(tái)都在工頻狀態(tài)；
該系列變頻采用若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出。變頻器具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)，不需要更換電機(jī)。
一拖二手動(dòng)旁路系統(tǒng)
基本原理：它是由8個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1～QS8組成（見左圖）。其中QS2和QS3,QS5和QS6安裝機(jī)械互鎖裝置；各隔離開關(guān)間有電氣互鎖。如果兩路電源同時(shí)供電，M1工作在變頻狀態(tài)，M2工作在工頻狀態(tài)時(shí)，QS3、QS7和QS4、QS5、QS8分閘，QS2、QS1和QS6處于合閘狀態(tài)；M2工作在變頻狀態(tài)，M1工作在工頻狀態(tài)時(shí)，與M1工作在變頻狀態(tài)，M2工作在工頻狀態(tài)時(shí)類似；如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處于任一狀態(tài)，其它隔離開關(guān)都分閘，兩臺(tái)負(fù)載可以同時(shí)工頻運(yùn)行；當(dāng)一路電源檢修時(shí)，可以通過分合隔離開關(guān)使任一電機(jī)變頻運(yùn)行。
特點(diǎn)：正常情況下，允許有一負(fù)載工作在變頻狀態(tài)，另一負(fù)載工作在工頻狀態(tài)，也可以兩臺(tái)都在工頻狀態(tài)。
同時(shí)工頻運(yùn)行時(shí)1#電機(jī)通過QS7、QS3 ，2#電機(jī)通過QS8、QS6切換完成反風(fēng)功能，變頻運(yùn)行時(shí)通過變頻設(shè)備內(nèi)部設(shè)置即可完成電機(jī)轉(zhuǎn)向的正反方向的轉(zhuǎn)換完成反風(fēng)功能。
2、控制系統(tǒng)方案
變頻系統(tǒng)控制方式可以采用下述4種方式，現(xiàn)場用戶可以根據(jù)實(shí)際情況采用相應(yīng)的一種或幾種控制方式。
A、閉環(huán)控制方式
變頻系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場要求在變頻操作界面上設(shè)定需要的壓力或流量值、或通過模擬給定形式給定需要的壓力或流量值，變頻設(shè)備根據(jù)設(shè)定值和現(xiàn)場壓力或流量的反饋值自動(dòng)閉環(huán)控制調(diào)節(jié)設(shè)備轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)壓力或流量值運(yùn)行在要求的設(shè)定值。
B、本控開環(huán)控制方式
變頻系統(tǒng)可以通過本控方式在變頻設(shè)備控制柜監(jiān)控界面手動(dòng)設(shè)定負(fù)載設(shè)備需要運(yùn)行的轉(zhuǎn)速值，變頻設(shè)備自動(dòng)將負(fù)載設(shè)備傳動(dòng)到要求轉(zhuǎn)速值。
C、總線控制方式
變頻系統(tǒng)也可以通過RS485、Profibus/Device Net 與工廠控制系統(tǒng)通訊進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。
D、遠(yuǎn)控開環(huán)控制方式
變頻調(diào)速系統(tǒng)可由現(xiàn)場DCS監(jiān)控操作系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，根據(jù)運(yùn)行工況按設(shè)定程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載設(shè)備電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制。
