吳文忠

（重慶松藻煤電公司打通一煤礦機(jī)電運(yùn)輸部）

摘  要  介紹高壓變頻器的性能特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方案以及運(yùn)行效果，闡述高壓變頻器在礦井采空區(qū)瓦斯抽放系統(tǒng)的應(yīng)用，成功的解決煤礦工作面在回采時(shí)因瓦斯涌出制約煤礦安全生產(chǎn)的問(wèn)題，并達(dá)到明顯的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞  高壓變頻器  煤礦瓦斯抽放  調(diào)速  節(jié)能

重慶打通一礦現(xiàn)在年產(chǎn)量1500kt/a，按重慶能投（集團(tuán)）公司規(guī)劃，打通一礦將逐步實(shí)現(xiàn)2400kt/a的原煤生產(chǎn)量。隨著產(chǎn)量逐步的增加和開采水平的延伸，礦井瓦斯涌出量和回采后的瓦斯涌出量越來(lái)越大，嚴(yán)重制約著礦井的安全生產(chǎn)和發(fā)展，而采用瓦斯抽放泵抽取采空區(qū)涌出的瓦斯，能有效的控制采煤工作面和回風(fēng)系統(tǒng)的瓦斯量，使其不超過(guò)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，保證礦井的生產(chǎn)。

對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽放時(shí)，如果抽放量過(guò)大，將使工作面新鮮風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)，造成采空區(qū)自然發(fā)火事故。如果抽放量偏小，又不能有效的控制工作面風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔怀�過(guò)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。為此，經(jīng)過(guò)考察對(duì)比，選擇北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A系列高壓變頻器對(duì)瓦斯抽放泵進(jìn)行調(diào)速控制，使瓦斯抽放達(dá)到最佳參數(shù)。既保證了采空區(qū)抽放的需要，又達(dá)到節(jié)能的效果。
2 抽放系統(tǒng)的工藝及主要參數(shù)從采空區(qū)底板瓦斯巷道安裝直徑1000mm的瓦斯抽放管道至地面采空區(qū)抽放泵房，抽放泵采用SKA-720型水環(huán)式真空泵。抽放系統(tǒng)工藝見圖2.1。

圖2.1  抽放系統(tǒng)工藝示意圖

相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：

2.1 水環(huán)式真空泵： 

型號(hào)：SKA-720                       最大抽速： 635m3/min

額定轉(zhuǎn)速：340r/min                  極限真空度：160MPa

2.2 配用電動(dòng)機(jī)：

型號(hào)：YB63052-4                       額定功率：900kW

額定電壓：6kV                         額定電流：104.2A 

額定轉(zhuǎn)速：1483r/min                   功率因數(shù)：0.87

3 高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)方案

3.1高壓變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

HARSVERT-A系列高壓變頻器由移相變壓器、功率單元模塊和控制器組成。內(nèi)部十五個(gè)相同的功率單元模每五個(gè)模塊為一組構(gòu)成一相，分別對(duì)應(yīng)高壓回路的三相。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖3.1

    圖3.1 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成30脈沖整流方式，這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。

功率單元是一種單相橋式變換器，為一種交-直-交單相逆變電路。由輸入干式變壓器的副邊供電，經(jīng)三相全橋整流、濾波電路濾波后由4個(gè)IGTB以PWM進(jìn)行控制，產(chǎn)生設(shè)定的頻率波形。每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)完全一致，可以互換。其電路結(jié)構(gòu)見圖3.2。當(dāng)某一單元出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)繼電器K閉合，可將此單元旁路出系統(tǒng)而不影響其他單元的運(yùn)行，變頻器可以持續(xù)降額運(yùn)行，通過(guò)這種旁路功能可以減少很多場(chǎng)合下停機(jī)造成的損失。

 圖3.2 功率單元電路結(jié)構(gòu)圖

3.2 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

根據(jù)瓦斯抽放泵電動(dòng)機(jī)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)需要，配置1臺(tái)高壓變頻器，其詳細(xì)參數(shù)如下：

變頻器型號(hào)：HARSVERT-A06/110

適配電動(dòng)機(jī)功率：900kW

額定輸出電流：110A

輸入功率因數(shù)：0.95（＞20%負(fù)載）

變頻器效率：額定負(fù)載下＞0.96

輸出頻率范圍：0.5Hz～120Hz

輸出頻率分辨率：0.01Hz

過(guò)載能力：120%1min，150%立即保護(hù)

模擬量輸入：0～10V/4～20mA任意設(shè)定

模擬量輸出：兩路0～10V/4～20mA可選

加、減速時(shí)間：0.1～3000s

控制開關(guān)量輸入/輸出：4路輸出/4路輸入

冷卻方式：風(fēng)冷

3.3 主回路方案                                    

       圖3.3 電氣主回路原理圖

瓦斯抽放泵與礦井主通風(fēng)機(jī)一樣是煤礦的主要設(shè)備，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，采用雙回路電源供電，瓦斯抽放泵房?jī)?nèi)安裝2臺(tái)瓦斯抽放泵，1臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)完好備用。因此選用高壓變頻器一拖二方案。其電氣主回路原理如圖3.3。

采用以上主回路方案，可以實(shí)現(xiàn)以下幾種運(yùn)行方式：

⑴ Ⅰ段母線電源供電，用變頻器運(yùn)行1#瓦斯抽放泵：由QS1、QF1、QS3、QS7組成。

⑵ Ⅰ段母線電源供電，用變頻器運(yùn)行2#瓦斯抽放泵：由QS1、QF1、QS3、QS8組成。

⑶ Ⅱ段母線電源供電，用變頻器運(yùn)行2#瓦斯抽放泵：由QS2、QF2、QS4、QS8組成。

⑷ Ⅱ段母線電源供電，用變頻器運(yùn)行1#瓦斯抽放泵：由QS2、QF2、QS4、QS7組成。

⑸ Ⅰ段母線電源供電，用工頻運(yùn)行1#瓦斯抽放泵：由QS1、QF1、QS5組成。

⑹ Ⅱ段母線電源供電，用工頻運(yùn)行2#瓦斯抽放泵：由QS2、QF2、QS6組成。

3.4 高壓變頻器的安裝調(diào)試

⑴ 瓦斯抽放泵房抽取的是可燃易爆氣體，泵房?jī)?nèi)所有電氣設(shè)備均為礦用防爆設(shè)備，而高壓變頻器為非防爆產(chǎn)品，為此，將高壓變頻器與瓦斯抽放泵房隔離安裝在獨(dú)立的電控室內(nèi)。變頻器至電動(dòng)機(jī)采用高壓電纜敷設(shè)。

⑵ 安裝完畢系統(tǒng)空重負(fù)荷試車后，瓦斯抽放系統(tǒng)投入運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行情況分別對(duì)瓦斯抽放泵運(yùn)行在30Hz～50Hz進(jìn)行了參數(shù)考察，其考察參數(shù)（平均值）統(tǒng)計(jì)如表3.1：

表3.1 瓦斯抽放系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

4瓦斯抽放系統(tǒng)使用變頻器的效果分析

4.1滿足了工況運(yùn)行的需要

采空區(qū)抽放系統(tǒng)，主要是為以滿足采煤工作面在回采過(guò)程中瓦斯不超過(guò)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，從而保證礦井的安全生產(chǎn)。根據(jù)考察，瓦斯抽放泵一般運(yùn)行在35Hz～45Hz之間，運(yùn)行頻率與采煤工作面和接抽尾排孔的距離有關(guān)。當(dāng)工作面推進(jìn)與接抽尾排孔較進(jìn)時(shí)，運(yùn)行頻率較低，反之運(yùn)行頻率較高。通過(guò)定期測(cè)定采煤工作面瓦斯抽放參數(shù)進(jìn)行分析，確定瓦斯抽放泵的運(yùn)行頻率，以滿足采空區(qū)抽放的需要，即保證了回采工作面瓦斯不超限，工作面的安全工作環(huán)境得到保障；又能保證工作面的新鮮風(fēng)不進(jìn)入采空區(qū)，避免采空區(qū)自然發(fā)火事故的發(fā)生。從而使回采工作面的原煤產(chǎn)量得到了很大的提高。

4.2變頻器軟啟動(dòng)的效果

瓦斯抽放泵電動(dòng)機(jī)功率大，如果采用直接啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，啟動(dòng)電流大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣有著較大的威脅，啟動(dòng)壓降對(duì)電網(wǎng)的影響較大，對(duì)設(shè)備的機(jī)械沖擊大。采用變頻器實(shí)現(xiàn)了瓦斯抽放泵的軟啟動(dòng)和軟停車，具有如下效果：

⑴ 消除了電動(dòng)機(jī)因啟動(dòng)和停車對(duì)設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)了瓦斯抽放泵以及電動(dòng)機(jī)的使用壽命；

⑵ 限制了啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減少了啟動(dòng)峰值功率損耗；

⑶ 瓦斯抽放泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降后，改善了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部位的潤(rùn)滑條件，降低了傳動(dòng)裝置的故障。

4.3 變頻運(yùn)行的節(jié)能效果

4.3.1 變頻運(yùn)行節(jié)能計(jì)算

根據(jù)運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)，瓦斯抽放系統(tǒng)一般運(yùn)行在35Hz～45Hz之間，運(yùn)行在45Hz的時(shí)間相對(duì)較多一些。按設(shè)備年平均運(yùn)行350天（每月需對(duì)設(shè)備停機(jī)檢修1天），瓦斯抽放泵運(yùn)行在45Hz時(shí)計(jì)算節(jié)能：

⑴ 50Hz頻率運(yùn)行的年耗電量計(jì)算：

⑵ 45Hz運(yùn)行狀態(tài)的年耗電量為：

 

⑶ 年節(jié)能計(jì)算：

電價(jià)按0.5元/kW.h計(jì)算，則每年可節(jié)約電費(fèi)70.7萬(wàn)元。

4.3.2 改善電網(wǎng)功率因數(shù)
    瓦斯抽放泵電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)為0.87，而變頻器可使功率因數(shù)保持在0.95以上，提高了電網(wǎng)的供電質(zhì)量、輸電效率和減少電費(fèi)支出.
5 結(jié)語(yǔ)
    高壓變頻器在打通一礦采空區(qū)瓦斯抽放系統(tǒng)的應(yīng)用，成功有效的控制采煤工作面和回風(fēng)系統(tǒng)的瓦斯量，保證了礦井的安全生產(chǎn)，節(jié)能效果明顯。