吳文忠
（重慶松藻煤電公司打通一煤礦機電運輸部）
摘 要 介紹高壓變頻器的性能特點，現(xiàn)場運行方案以及運行效果，闡述高壓變頻器在礦井采空區(qū)瓦斯抽放系統(tǒng)的應用，成功的解決煤礦工作面在回采時因瓦斯涌出制約煤礦安全生產(chǎn)的問題，并達到明顯的節(jié)能效果。
關鍵詞 高壓變頻器 煤礦瓦斯抽放 調(diào)速 節(jié)能
1 前言
重慶打通一礦現(xiàn)在年產(chǎn)量1500kt/a，按重慶能投（集團）公司規(guī)劃，打通一礦將逐步實現(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越大，嚴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系統(tǒng)的瓦斯量，使其不超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，保證礦井的生產(chǎn)。
對采空區(qū)瓦斯進行抽放時，如果抽放量過大，將使工作面新鮮風進入采空區(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流中的瓦斯?jié)舛炔怀^《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。為此，經(jīng)過考察對比，選擇北京利德華福電氣技術有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A系列高壓變頻器對瓦斯抽放泵進行調(diào)速控制，使瓦斯抽放達到最佳參數(shù)。既保證了采空區(qū)抽放的需要，又達到節(jié)能的效果。
2 抽放系統(tǒng)的工藝及主要參數(shù)
圖2.1 抽放系統(tǒng)工藝示意圖
相關技術參數(shù)如下：
2.1 水環(huán)式真空泵：
型號：SKA-720 最大抽速： 635m3/min
額定轉(zhuǎn)速：340r/min 極限真空度：160MPa
2.2 配用電動機：
型號：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)結構特點
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)部十五個相同的功率單元模每五個模塊為一組構成一相，分別對應高壓回路的三相。其系統(tǒng)結構圖見圖3.1
圖3.1 高壓變頻器系統(tǒng)結構圖
移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成30脈沖整流方式，這種多級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IGTB以PWM進行控制，產(chǎn)生設定的頻率波形。每個功率單元結構完全一致，可以互換。其電路結構見圖3.2。當某一單元出現(xiàn)故障時，通過繼電器K閉合，可將此單元旁路出系統(tǒng)而不影響其他單元的運行，變頻器可以持續(xù)降額運行，通過這種旁路功能可以減少很多場合下停機造成的損失。
圖3.2 功率單元電路結構圖
3.2 高壓變頻器技術參數(shù)
根據(jù)瓦斯抽放泵電動機參數(shù)和現(xiàn)場需要，配置1臺高壓變頻器，其詳細參數(shù)如下：
變頻器型號：HARSVERT-A06/110
適配電動機功率：900kW
額定輸出電流：110A
輸入功率因數(shù)：0.95（＞20%負載）
變頻器效率：額定負載下＞0.96
輸出頻率范圍：0.5Hz～120Hz
輸出頻率分辨率：0.01Hz
過載能力：120%1min，150%立即保護
模擬量輸入：0～10V/4～20mA任意設定
模擬量輸出：兩路0～10V/4～20mA可選
加、減速時間：0.1～3000s
控制開關量輸入/輸出：4路輸出/4路輸入
冷卻方式：風冷
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機一樣是煤礦的主要設備，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，采用雙回路電源供電，瓦斯抽放泵房內(nèi)安裝2臺瓦斯抽放泵，1臺運行1臺完好備用。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，可以實現(xiàn)以下幾種運行方式：
⑴ Ⅰ段母線電源供電，用變頻器運行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，泵房內(nèi)所有電氣設備均為礦用防爆設備，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立的電控室內(nèi)。變頻器至電動機采用高壓電纜敷設。
⑵ 安裝完畢系統(tǒng)空重負荷試車后，瓦斯抽放系統(tǒng)投入運行，根據(jù)運行情況分別對瓦斯抽放泵運行在30Hz～50Hz進行了參數(shù)考察，其考察參數(shù)（平均值）統(tǒng)計如表3.1：
表3.1 瓦斯抽放系統(tǒng)運行參數(shù)統(tǒng)計表
|
序號 |
運行頻率 (Hz) |
電動機運行參數(shù) |
瓦斯抽放參數(shù) |
|||
|
電壓(kV) |
電流(A) |
運行功率(kW) |
抽放混量(m3/min) |
工作面隅角瓦斯(%) |
||
|
1 |
30 |
3.59 |
36.1 |
206.4 |
398.75 |
1.58 |
|
2 |
35 |
4.48 |
46.3 |
338.4 |
401.28 |
0.86 |
|
3 |
40 |
4.91 |
54.6 |
430.9 |
403.45 |
0.67 |
|
4 |
45 |
5.24 |
62.2 |
542.84 |
404.14 |
0.3 |
|
5 |
50 |
6.084 |
68.76 |
710.96 |
404.71 |
0.23 |
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程中瓦斯不超過《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，瓦斯抽放泵一般運行在35Hz～45Hz之間，運行頻率與采煤工作面和接抽尾排孔的距離有關。當工作面推進與接抽尾排孔較進時，運行頻率較低，反之運行頻率較高。通過定期測定采煤工作面瓦斯抽放參數(shù)進行分析，確定瓦斯抽放泵的運行頻率，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不進入采空區(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變頻器軟啟動的效果
瓦斯抽放泵電動機功率大，如果采用直接啟動，啟動時間長，啟動電流大，對電動機的絕緣有著較大的威脅，啟動壓降對電網(wǎng)的影響較大，對設備的機械沖擊大。采用變頻器實現(xiàn)了瓦斯抽放泵的軟啟動和軟停車，具有如下效果：
⑴ 消除了電動機因啟動和停車對設備的沖擊，延長了瓦斯抽放泵以及電動機的使用壽命；
⑵ 限制了啟動時的啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，減少了啟動峰值功率損耗；
⑶ 瓦斯抽放泵的運轉(zhuǎn)速度下降后，改善了設備運轉(zhuǎn)部位的潤滑條件，降低了傳動裝置的故障。
4.3 變頻運行的節(jié)能效果
4.3.1 變頻運行節(jié)能計算
根據(jù)運行參數(shù)統(tǒng)計，瓦斯抽放系統(tǒng)一般運行在35Hz～45Hz之間，運行在45Hz的時間相對較多一些。按設備年平均運行350天（每月需對設備停機檢修1天），瓦斯抽放泵運行在45Hz時計算節(jié)能：
⑴ 50Hz頻率運行的年耗電量計算：
⑵ 45Hz運行狀態(tài)的年耗電量為：
⑶ 年節(jié)能計算：
電價按0.5元/kW.h計算，則每年可節(jié)約電費70.7萬元。
4.3.2 改善電網(wǎng)功率因數(shù)
瓦斯抽放泵電動機額定功率因數(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支出.
5 結語
高壓變頻器在打通一礦采空區(qū)瓦斯抽放系統(tǒng)的應用，成功有效的控制采煤工作面和回風系統(tǒng)的瓦斯量，保證了礦井的安全生產(chǎn)，節(jié)能效果明顯。