一、引言

　　朱仙莊礦位于安徽省淮北平原中部，朱仙莊煤礦西風(fēng)井風(fēng)機主要擔(dān)負北部采區(qū)通風(fēng)，要求安全穩(wěn)定性極高，因為主風(fēng)機一旦停機，短時間內(nèi)就將造成全礦無法正常生產(chǎn)；控制方式采用調(diào)節(jié)風(fēng)門開度的大小來調(diào)整風(fēng)量。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機都要全速運轉(zhuǎn)，而運行工況的變化則使得能量以風(fēng)門節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護、維修費用高居不下。

二、現(xiàn)場技術(shù)參數(shù)
　　　　電動機
　　型號：YR1250-10/1430
　　功率：1250KW
　　電壓：6000V
　　電流：146A
　　額定轉(zhuǎn)速：590轉(zhuǎn)/分
　　額定轉(zhuǎn)子電壓：1365V
　　額定轉(zhuǎn)子電流：572A
　　定子接線方式：Y
　　轉(zhuǎn)子接線方式：Y
　　絕緣等級：B
　　廠家：蘭州電機廠
　　出廠日期：1979年12月

　　　　離心風(fēng)機
　　型號：K4-73-02NO28F
　　流量：784800米3/小時（1800-10800m3/min）
　　主軸轉(zhuǎn)數(shù)：580轉(zhuǎn)/分
　　全壓：392公斤/米2（50～500mmH2O）
　　電機容量：1250KW
　　廠家：沈陽風(fēng)機廠
　　出廠日期：1970年10月

　　設(shè)備布置采用抽出式通風(fēng)方式，配備反風(fēng)道反風(fēng)，扇風(fēng)機與電動機設(shè)于主機房內(nèi)，主機房為雙層工業(yè)廠房，風(fēng)道為半地下式。吸風(fēng)側(cè)設(shè)兩個立閘門，兩個水平反風(fēng)門，擴散器側(cè)兩個水平反風(fēng)門，每個風(fēng)門各用一臺JFM-4型啟閉風(fēng)門絞車進行操縱，風(fēng)門絞車采用集中與就地兩種操作方式。
　　起動方式：電動機轉(zhuǎn)子串接頻敏電阻器
　　頻敏電阻器型號為BP1-316-4020
　　傳動方式：直接傳動
　　調(diào)節(jié)方式：手動操作風(fēng)門絞車控制立閘門 （改變管路阻力特性曲線）

三、變頻改造前存在的問題

　　1.原工礦使用的為轉(zhuǎn)子串電阻啟動方式，啟動不穩(wěn)定，造成了大的機械沖擊，導(dǎo)致電機壽命大大降低；
　　2.轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，控制系統(tǒng)復(fù)雜，故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機電刷容易損壞，維護工作量大；
　　3.啟動時電流過大，對電網(wǎng)沖擊很大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性；
　　4.原工礦調(diào)節(jié)風(fēng)量主要由調(diào)節(jié)風(fēng)門來實現(xiàn)，多余的風(fēng)量全部浪費在風(fēng)門上,造成了嚴重資源浪費；
　　5.原工礦無調(diào)速方式，無法實現(xiàn)無級調(diào)速；
　　6.自動化程度低，影響整體系統(tǒng)安全性。

四、變頻控制方案

　　1、采用功率單元串聯(lián)多電源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)無級調(diào)速和多速度等級運行，能帶載調(diào)節(jié)風(fēng)機工況點，滿足主通風(fēng)機各種運行工況。
　　2、選用一套6kV變頻裝置，通過切換，可以分別拖動兩臺風(fēng)機單獨運行，具有一拖二功能。
　　3、在變頻器故障狀態(tài)下，可切換到工頻狀態(tài)運行；
　　4、采用變頻的軟啟動技術(shù)，啟動電流小，減少對電網(wǎng)及風(fēng)機沖擊。
　　5、具有變頻器工作狀態(tài)在線檢測功能，并能與礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。
　　6、變頻器采用先進的功率單元串聯(lián)疊波技術(shù)，空間矢量控制的正弦波PWM調(diào)制方法，新穎的全中文操作界面和高性能IGBT功率器件，可靠性高、性能優(yōu)越、操作簡便。
　　7、高質(zhì)量電源輸入：輸入側(cè)隔離變壓器二次線圈經(jīng)過移相，為功率單元提供電源對于6kV而言相當(dāng)于30脈沖不可控整流輸入，消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網(wǎng)側(cè)諧波（尤其是低次諧波）的產(chǎn)生。變頻器引起的電網(wǎng)諧波電壓和諧波電流含量滿足IEEE 519-1992和GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》對諧波含量最嚴格要求，無需安裝輸入濾波器并保護周邊設(shè)備免受諧波干擾。正常調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)大于0.96。無需功率因數(shù)補償電容，減少無功輸入，降低供電容量。
　　8、完美的輸出性能：單元脈寬調(diào)制疊波輸出， 6kV系列每相5個單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美的正弦波。

五、變頻控制特點

　　1.優(yōu)良的調(diào)速性能，完全滿足生產(chǎn)工藝要求；
　　2.良好的節(jié)能效果，提高系統(tǒng)運行效率；
　　3.實現(xiàn)電機軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護費用，延長設(shè)備使用壽命；
　　4.啟動時，最大只有1.3 倍的額定電流，根本不影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
　　5.系統(tǒng)安全、可靠，確保風(fēng)機連續(xù)運行；
　　6.控制方便、靈活，自動化水平高；
　　7.輸入諧波含量小，不對電網(wǎng)造成污染；輸出諧波含量低，適合所有改造項目的異步電動機；
　　8.實現(xiàn)無級調(diào)速，風(fēng)門全部開，由風(fēng)機速度調(diào)節(jié)來實現(xiàn)改變風(fēng)量大小，滿足現(xiàn)場工況；
　　9.界面全為純中文操作，非常符合國人特點；
　　10.安全保護功能齊全，除了過壓、過熱、過載、短路等自身保護功能外，還設(shè)有外圍連鎖保護系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

六、風(fēng)機集控系統(tǒng)

1.使用風(fēng)機集控系統(tǒng)的現(xiàn)實意義

　　扇風(fēng)機是煤礦建設(shè)和生產(chǎn)中關(guān)鍵而又重要的設(shè)備，運行的好與壞直接關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。因此，一個比較完善、操作方便的控制系統(tǒng)對其運行的過程進行監(jiān)控便顯得十分重要，也是保障風(fēng)機安全、可靠運行的最佳途徑。針對其重要性，吸收先進的控制理念，并針對風(fēng)機運行的特點，采用風(fēng)機集控系統(tǒng)，做到安全、可靠、經(jīng)濟、操作方便。

2.風(fēng)機集控系統(tǒng)組成

　　朱仙莊礦西風(fēng)井安裝2臺大型礦用離心式風(fēng)機，一用一備。拖動電機為1250KW的異步繞線式電動機，采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動。風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié)：在工頻時通過立閘門的開度調(diào)節(jié)；變頻時通過調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，達到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。

　　電控系統(tǒng)采用了PLC組成的二級分布式計算機集散式控制系統(tǒng)，在扇風(fēng)機運行的過程進行實時的數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)顯示、控制、保護、報警和管理。系統(tǒng)由操作站（以下簡稱為上位機）和現(xiàn)場控制站兩部分組成，現(xiàn)場控制站采用S7-300系列的PLC一對一控制。操作站配置了威達電工控機：PIV2.4G 512M 80G 52X光驅(qū)；19DELL彩顯；操作系統(tǒng)為WindowsXP；監(jiān)控組態(tài)軟件采用WINCC6.0組態(tài)軟件。

3、風(fēng)機集控系統(tǒng)功能

? 采集各臺扇風(fēng)機運行的工藝參數(shù)、電器參數(shù)、電氣設(shè)備運行的狀況。
? 扇風(fēng)機可由PLC進行控制，嚴格按控制程序進行控制，并對扇風(fēng)機正常切換和故障切換進行控制和操作指導(dǎo)；且在控制柜實現(xiàn)硬件閉鎖控制。
? 在控制站顯示扇風(fēng)系統(tǒng)工藝參數(shù)表、電氣參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)（工作、停止、故障）以及報警參數(shù)表等。
? 自動建立數(shù)據(jù)庫，對于重要的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)自動生成趨勢曲線。
? 報表打印功能。
? 當(dāng)運行風(fēng)機發(fā)生故障時，利用運行記錄的曲線對故障進行分析和處理。
? 在條件具備時，可實現(xiàn)遠控，達到“無人值守”。

4、風(fēng)機集控系統(tǒng)特點
? 本系統(tǒng)軟件采用功能強大的組態(tài)軟件開發(fā)，并提供了良好的人機界面，便于用戶學(xué)習(xí)和操作。
? 界面友好，各種信息的顯示、查看操作簡單，易學(xué)易用。
? 數(shù)據(jù)安全性高，穩(wěn)定性好。提供了完善的錯誤中斷提示。
? 設(shè)置了用戶權(quán)限管理。一般用戶只能查看普通操作，責(zé)任用戶只有將用戶名和密碼登錄后，才能進行相關(guān)的操作。

七、節(jié)能計算

　　按工頻和變頻運行實際電流計算，計算數(shù)據(jù)取2008年技術(shù)測定
　　工頻運行時，風(fēng)門開度為2m左右，運行電流在96.7A。
　　工頻運行時功率和耗電：
　　　　P1= 1.732×6×96.7×0.77=773.78kW
　　　　N=773.78×24=18570.67kW•h
　　變頻器運行時，風(fēng)門全開，運行電流在46.6A，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機速度來滿足風(fēng)量要求。
　　變頻運行時功率和耗電：
　　　　P2= 1.732×6×46.6×0.958=463.93kW
　　　　N=463.93×24=11134.27kWh
　　節(jié)電率：
　　　　（18570.67-11134.27）/18570.67=40 %
　　節(jié)約電費計算：
　　以電價0.6元/度為標準，工頻24小時耗電費：
　　　　18570.67×0.6=11142.4元
　　變頻24小時耗電量
　　　　11134.27×0.6=6680.6元
　　變頻改造后，日節(jié)約電費：
　　　　11142.4-6680.6=4461.8元
　　一年以365天為標準計算，年節(jié)約電費：
　　　　4461.8×365=1628557元

八、總結(jié)
　　淮北礦業(yè)集團朱仙莊煤礦西風(fēng)井經(jīng)過高壓變頻器改造之后,不僅達到了良好的節(jié)能效果,并且使整套通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提搞了一個大臺階。