摘  要：介紹了礦井主通風(fēng)機高壓變頻調速裝置的關(guān)鍵技術(shù)研究，以及在海孜礦中央風(fēng)井的現場(chǎng)應用效果。

    關(guān)鍵詞：主通風(fēng)機；對旋式；高壓變頻；

　　一、概述

　　礦井主通風(fēng)機用于向井下提供新鮮風(fēng)流、排除污濁空氣和有害氣體，對煤礦的安全生產(chǎn)影響重大。礦井主通風(fēng)機全年不停地運行，其電耗量較大，平均電耗約占礦井電耗的15％。近年來(lái)，我國礦井多采用對旋式通風(fēng)機，該類(lèi)型風(fēng)機采用交流隔爆異步電機雙電機拖動(dòng)。該類(lèi)型風(fēng)機傳統的調節系統是根據風(fēng)量所需的多少，靠調節葉片角度來(lái)實(shí)現的，這種調節必須在風(fēng)機停機時(shí)才能進(jìn)行，只適合較長(cháng)階段的風(fēng)量調節，調節起來(lái)也不方便，可調范圍也不大（一般一度為一單位），電機全速運行，節電不明顯。另一種調節系統是調節風(fēng)機電機轉速，通過(guò)比較變頻調速的方法是異步電機最有發(fā)展前途的調速方法。
　　
　　淮北礦業(yè)集團公司海孜礦中央風(fēng)井配置兩臺BD-II-8-№26型對旋風(fēng)機，一用一備，每臺風(fēng)機配置兩臺450kW、6kV防爆型鼠籠電機。因礦井通風(fēng)系統變化，目前雖然風(fēng)機葉片角度已調到最小，并使用風(fēng)門(mén)調節風(fēng)量。這樣造成風(fēng)機系統運行效率低下，電能浪費驚人，運行狀況差，增加了維修工作量。

　　如果采用高壓交流變頻調速技術(shù)，由于兩個(gè)電機的參數一樣，可以由一臺1000kW容量的高壓變頻器控制兩臺電機，開(kāi)環(huán)定速運行，風(fēng)量風(fēng)壓控制在滿(mǎn)足礦井的需要，能大大降低能耗，減少維修工作量。2006年9月，淮北礦業(yè)集團公司與北京合康億盛公司合作研制的主通風(fēng)機高壓變頻調速裝置在海孜礦中央風(fēng)井投入運行，效果良好。

　　二、利用高壓變頻器的優(yōu)勢

　　用高壓變頻調速裝置對風(fēng)機的拖動(dòng)電機供電，通過(guò)改變頻率，調整風(fēng)機的轉速，用降速的辦法來(lái)降低風(fēng)量，直至滿(mǎn)足礦井需要。用一套高壓變頻調速裝置，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)，可以分別拖動(dòng)兩臺風(fēng)機，具有一拖二功能。如高壓變頻調速裝置出現故障，發(fā)出報警，可切換到工頻運行，保證風(fēng)機不停風(fēng)，不影響礦井通風(fēng)。高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平方式，諧波成分小，功率因數高。 

　　通過(guò)高壓變頻調速裝置，風(fēng)機可以根據礦井通風(fēng)需要隨時(shí)調速運行，使風(fēng)機始終運行在高效區。采用計算機進(jìn)行過(guò)程控制，安全可靠，維護量小。國產(chǎn)高壓變頻調速技術(shù)在礦井大功率通風(fēng)機上的首次應用，具有其應用的特殊性，通風(fēng)機停機10分鐘即為重大事故，因此對變頻器的可靠性及系統的安全性設計要求很高。海孜礦中央風(fēng)井是對旋式軸流風(fēng)機，起動(dòng)力矩大，采用低速補償方式，使變頻器在低速時(shí)具有良好的轉矩輸出特性。通風(fēng)機為一用一備，為了節省投資，采用切換柜使變頻器能在兩臺風(fēng)機之間切換，實(shí)現一拖二功能。變頻器與計算機之間的通訊，采用RS485隔離端口MODBUS RTU 通訊規約，實(shí)現計算機對變頻器的監視和控制。圖一是風(fēng)機供電系統圖。

　　三、高壓變頻調速系統原理

　　1、系統結構

　　HIVERT系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開(kāi)關(guān)元件為IGBT。由于IGBT耐壓所限，無(wú)法直接逆變輸出6kV，而因開(kāi)關(guān)頻率高、均壓難度大等技術(shù)難題無(wú)法完成直接串聯(lián)。HIVERT變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性。它對電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機。

　　2、功率單元

    功率單元原理見(jiàn)圖3，輸入電源端R、S、T接變壓器二次線(xiàn)圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。

　　四、變頻改造實(shí)現的效果：

    1、節電效果顯著(zhù)。改造前海孜礦中央風(fēng)井風(fēng)機運行效率低，在45％以下，采用高壓變頻調速裝置后，風(fēng)機效率提高到78％以上，年節電92萬(wàn)KWh。

    2、變頻器根據設定頻率調節電動(dòng)機的轉速，實(shí)現風(fēng)機的轉速自動(dòng)控制，投入變頻器后風(fēng)機進(jìn)風(fēng)閘門(mén)全部打開(kāi)，還可以實(shí)現風(fēng)機的遠程聯(lián)網(wǎng)控制，實(shí)現無(wú)人操作。

    3、減少了對電網(wǎng)的沖擊。采用變頻調節后，系統實(shí)現軟啟動(dòng)，電機啟動(dòng)電流不超過(guò)額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應延長(cháng)，對電網(wǎng)無(wú)沖擊，延長(cháng)了電機及風(fēng)機的使用壽命。

    4、維護量減少。采用變頻調速后，由于啟動(dòng)平穩，低速運行，風(fēng)機的振動(dòng)、噪音和溫度明顯降低，相應地延長(cháng)了許多零部件，特別是密封、軸承的壽命。有效延長(cháng)了檢修周期，減少了檢修維護量，節約大量維護費用。

　　五、結論

    本項目研究成果適用于礦井軸流式（含對旋式）、離心式主扇風(fēng)機。目前，我國煤礦大量主扇風(fēng)機能力富裕、長(cháng)期低效運行。為調整風(fēng)量，采用減小進(jìn)風(fēng)閘門(mén)開(kāi)啟高度、改變葉片角度等方法，造成大量電能的浪費。通過(guò)主扇風(fēng)機的變頻調速運行，既能方便改變風(fēng)機運行工況點(diǎn)，又能提高主扇風(fēng)機運行效率、運行穩定性和自動(dòng)化程度，節約大量電能。將單元裝置的IGBT等功率元件增大后，最大可滿(mǎn)足4000KW功率要求。