隧道通風(fēng)風(fēng)機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)(共11頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上隧道通風(fēng)風(fēng)機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)1 前言1.1 風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)概況隧道施工一般為多作業(yè)面、多工序交替作業(yè)。施工中，由于鉆孔、爆破、裝碴、噴射混凝土等工序，以及內(nèi)燃機(jī)械的廢氣排放等會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體、粉塵,并導(dǎo)致氣溫升高。施工中必須向洞內(nèi)供給新鮮空氣，以改善隧道施工作業(yè)環(huán)境,保障施工作業(yè)人員的身體健康和施工裝備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。隧道通風(fēng)方案,通常按照掘進(jìn)通風(fēng)中最大新鮮空氣需求量選擇風(fēng)機(jī),然而在掘進(jìn)工作面較短的情況下,掘進(jìn)通風(fēng)機(jī)仍以較大功率運(yùn)行,造成了極大的能源浪費(fèi)?，F(xiàn)有隧道施工用軸流式通風(fēng)機(jī)，少數(shù)采用了變頻控制技術(shù)，當(dāng)需要對風(fēng)機(jī)供風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整時(shí)，必須在變頻控制柜面板上

2、對外接電源頻率進(jìn)行手動(dòng)操作（即“本地操作”），如果通風(fēng)機(jī)和控制柜安裝在距離隧道口一定距離處，工序轉(zhuǎn)換時(shí)需要改變風(fēng)量甚至停止風(fēng)機(jī)時(shí)，由于交通等方面的原因，通風(fēng)機(jī)可能一直在滿負(fù)荷狀態(tài)下工作，變頻功能得不到正確使用；另外，上述手動(dòng)操作對象（頻率值）為連續(xù)按鍵設(shè)置，而不是一鍵操作，不利于值班人員的快速選用。根據(jù)石林隧道進(jìn)口端通風(fēng)機(jī)進(jìn)洞運(yùn)行的要求，通過對通風(fēng)機(jī)變頻器自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的研究,使隧道通風(fēng)機(jī)因采用變頻技術(shù)而獲得了顯著的節(jié)能效果,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的應(yīng)用前景。1.2風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能的基本原理通風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量由其轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，而通風(fēng)機(jī)是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量。因此通

3、過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量的調(diào)節(jié)。由電機(jī)理論可知, 交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，與電動(dòng)機(jī)極對數(shù)成反比，由下式確定： 式中：n 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f 電動(dòng)機(jī)的電源頻率；s 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p 電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù)。由上式可以看出，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)交流電源頻率（f），可以實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（n）的調(diào)節(jié)。采用電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，并采用恰當(dāng)?shù)目刂品绞剑涂梢苑奖愕貙?shí)現(xiàn)根據(jù)不同工況所要風(fēng)量而改變風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。2.隧道通風(fēng)變頻控制技術(shù)的主要特點(diǎn)1）石林隧道進(jìn)口通風(fēng)機(jī)變頻控制技術(shù)采用本地（變頻器控制柜）操作和遠(yuǎn)程操作，遠(yuǎn)程操作控制器安裝在隧道進(jìn)口值班室內(nèi)，使操作調(diào)節(jié)更方

4、便。2）以作業(yè)面風(fēng)速傳感器采集的風(fēng)速為反饋信號，與控制器（觸摸屏）上設(shè)定的風(fēng)速進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)風(fēng)速的自動(dòng)控制。3）在確認(rèn)通風(fēng)機(jī)電源頻率為50Hz，而電機(jī)非全功率運(yùn)行時(shí)，可以設(shè)置電源頻率在一個(gè)比較合理的頻率范圍（如3040Hz）內(nèi)長期工作，以取得良好的節(jié)能效果。4）電機(jī)啟動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了工頻啟動(dòng)對電網(wǎng)和電機(jī)的沖擊，有效降低電機(jī)和機(jī)械部分的工作強(qiáng)度，延長設(shè)備使用壽命和檢修周期。5）具有多種安全的保護(hù)功能，故障率低。6）可在原有通風(fēng)機(jī)控制柜基礎(chǔ)上進(jìn)行老舊設(shè)備改造。3.適用范圍該通風(fēng)機(jī)變頻控制技術(shù)適用于隧道、巷道掘進(jìn)過程中的通風(fēng)機(jī)節(jié)能控制。4.主要引用標(biāo)準(zhǔn)鐵路隧道施工技術(shù)指南（TZ20

5、4-2008）、變頻電機(jī)用G系列冷卻風(fēng)機(jī)技術(shù)規(guī)范（GB/T 22712-2008）、風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載變頻調(diào)速節(jié)電傳動(dòng)系統(tǒng)及其應(yīng)用技術(shù)條件(GBT21056-2007)、一般用途軸流通風(fēng)機(jī)技術(shù)條件（JBT105622006）、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50275-98）、公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTG F60-2009）。5.風(fēng)機(jī)變頻工作系統(tǒng)布置方法隧道通風(fēng)風(fēng)機(jī)變頻工作系統(tǒng)布置形式如圖1。隧道通風(fēng)風(fēng)機(jī)變頻工作系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)（軸流式通風(fēng)機(jī)風(fēng)管）兩部分。其中，控制系統(tǒng)主要由變頻控制柜、風(fēng)速傳感器、傳感器測控箱、觸摸屏控制臺等構(gòu)成。1）變頻控制柜與通風(fēng)機(jī)連接，控制柜在通風(fēng)機(jī)附

6、近擇址安裝，并適當(dāng)支墊（圖2）。安裝在隧道內(nèi)部時(shí)，要求安裝位置不能在凹坑或狹窄區(qū)域內(nèi)，且上方不漏水、無危石掉落、空氣流動(dòng)、粉塵可控。圖1風(fēng)機(jī)變頻工作系統(tǒng)布置示意圖2）風(fēng)速傳感器和傳感器測控箱安裝在開挖面附近。風(fēng)速傳感器宜安裝在通風(fēng)管出口端1m范圍內(nèi)，可利用風(fēng)管的懸掛錨桿或鐵線對傳感器進(jìn)行固定（圖3），傳感器采集口宜靠近通風(fēng)管中部，以獲得較為穩(wěn)定的供風(fēng)流動(dòng)速度。測控箱與傳感器之間有約90m電纜線固定相連，測控箱可懸掛在隧道邊墻一側(cè)，距離掌子面以爆破飛石不會(huì)損壞箱體為準(zhǔn)。3）觸摸屏控制臺安裝在隧道口值班室內(nèi)，配置專業(yè)技術(shù)人員作為管理員，值班室值班人員進(jìn)行操作管理。 圖2變頻控制柜在隧道內(nèi)安裝 圖3

7、傳感器在峒頂被固定6.變頻控制操作要點(diǎn)6.1啟動(dòng)前的檢查1）檢查確認(rèn)所有主回路端子與導(dǎo)線冷壓端子必須牢固連接，確認(rèn)變頻控制柜中的刀閘處于變頻器輸出側(cè)位置。2）確認(rèn)系統(tǒng)輸入電壓符合系統(tǒng)要求。3）在變頻控制柜中對主斷路器進(jìn)行合閘操作。4）在變頻控制柜中合上控制電源總開關(guān)QF1，柜內(nèi)散熱風(fēng)機(jī)開關(guān)QF2，PLC電源開關(guān)QF3，柜內(nèi)照明電源開關(guān)QF4，柜內(nèi)檢修電源插座開關(guān)QF5，變頻器電源合閘開關(guān)QF6。6.2啟動(dòng)和運(yùn)行1）本地操作運(yùn)行模式（1）在變頻控制柜上把本地/遠(yuǎn)程操作旋鈕旋轉(zhuǎn)到“本地位置”，把“手動(dòng)/自動(dòng)”操作旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動(dòng)位置，此時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)處于“本地操作+手動(dòng)控制”運(yùn)行模式，在遠(yuǎn)程觸摸屏上只能

8、對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。變頻控制柜操控面板結(jié)構(gòu)圖如圖3。（2）按下變頻控制柜上的 “電源合閘”按鈕，變頻控制柜中交流接觸器動(dòng)作，“系統(tǒng)備妥”指示燈亮，變頻器送電成功。等待3-5s后變頻控制柜柜門上的變頻器“操作面板”點(diǎn)亮并出現(xiàn)閃爍，此時(shí)可以進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)操作。按下“本地啟動(dòng)”按鈕可以啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后“變頻運(yùn)行”指示燈亮，按下“本地停止”按鈕可以停止風(fēng)機(jī)，“變頻運(yùn)行”指示燈熄滅。在系統(tǒng)風(fēng)機(jī)停止的情況下按下“電源分閘”按鈕可以斷開變頻控制柜電源，電源分閘后“系統(tǒng)備妥”指示燈熄滅。（3）當(dāng)系統(tǒng)處于本地操作控制狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行頻率（即通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)速）由變頻控制柜柜門上的“本地調(diào)速”電位器給

9、定。圖3 變頻控制柜操控面板結(jié)構(gòu)示意圖2）觸摸屏操作合上觸摸屏操控柜內(nèi)的電源開關(guān)，開機(jī)后觸摸屏?xí)M(jìn)入登錄界面。輕觸用戶名一欄后面的符號，可以選擇登錄用戶Admin（具有系統(tǒng)操作管理權(quán)限）或者Guest（僅有監(jiān)視查看權(quán)限）。選擇好登錄用戶之后，輸入登錄密碼，點(diǎn)擊確定（圖4）。登錄后，進(jìn)入通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控主畫面（圖5）。圖4觸摸屏?xí)M(jìn)入登錄界面圖5 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控主畫面在設(shè)備監(jiān)測畫面可以對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制操作。點(diǎn)擊設(shè)備監(jiān)測畫面下方參數(shù)設(shè)置、報(bào)警查看、風(fēng)機(jī)曲線、退出登錄按鈕，可以分別進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置畫面、報(bào)警事件查看畫面、風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線查看畫面和返回登陸界面。（1）系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

10、設(shè)置對系統(tǒng)進(jìn)行操作前，必須先進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面（圖6）設(shè)置正確的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，通風(fēng)系統(tǒng)才可以正常運(yùn)行。參數(shù)設(shè)定由專業(yè)技術(shù)人員完成，其他人員不得隨意改變參數(shù)。一級風(fēng)速四級風(fēng)速，可根據(jù)作業(yè)面空氣情況設(shè)定不同的風(fēng)速值，需要施工現(xiàn)場工程技術(shù)人員與隧道作業(yè)人員根據(jù)實(shí)際通風(fēng)效果總結(jié)確定，隨著隧道掘進(jìn)深度的推進(jìn)，這些風(fēng)速值還需要改變。設(shè)定這些風(fēng)速值后，當(dāng)系統(tǒng)處于遠(yuǎn)程自動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)，操作人員可在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)測畫面中點(diǎn)選一級風(fēng)速、二級風(fēng)速、三級風(fēng)速、四級風(fēng)速中的某一級，系統(tǒng)就會(huì)按照設(shè)定好的風(fēng)速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。圖6 通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置界面（2）報(bào)警查看圖6 報(bào)警查看界面在報(bào)警查看界面里可以查看到系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的報(bào)

11、警記錄。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生故障報(bào)警，解除故障之后，可以在報(bào)警界面中對報(bào)警信號進(jìn)行報(bào)警復(fù)位。3）風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線在風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線查看界面可以查看風(fēng)機(jī)連續(xù)工作一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行頻率與運(yùn)行電流的變化情況。圖7 一段時(shí)間內(nèi)風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率、電流變化情況監(jiān)測3）遠(yuǎn)程操作運(yùn)行模式一（遠(yuǎn)程操做+手動(dòng)控制）（1）在變頻控制柜上把本地/遠(yuǎn)程操作旋鈕旋轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)程位置，把手動(dòng)/自動(dòng)操作旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動(dòng)位置。此時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)處于“遠(yuǎn)程操做+手動(dòng)控制”運(yùn)行模式，系統(tǒng)的運(yùn)行將由遠(yuǎn)程觸摸屏進(jìn)行操控。（2）在變頻器未上電時(shí)，在設(shè)備監(jiān)控畫面中，變頻控制柜圖像上顯示為：變頻器未上電，點(diǎn)擊此位置會(huì)在柜體圖畫下方出現(xiàn)變頻上電 變頻斷電兩個(gè)按鈕，點(diǎn)擊變頻上電按鈕

12、，變頻柜內(nèi)接觸器動(dòng)作，變頻器未上電變化為變頻器已上電，此時(shí)變頻器送電成功。點(diǎn)擊設(shè)備監(jiān)控畫面右上角手動(dòng)調(diào)速下方數(shù)據(jù)顯示位置，可以彈出頻率輸入對話框，即可輸入需要的運(yùn)行頻率之后點(diǎn)擊確定。此時(shí)點(diǎn)擊設(shè)備監(jiān)控畫面右下角風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，通風(fēng)系統(tǒng)就會(huì)按照設(shè)定的頻率進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。點(diǎn)擊按鈕風(fēng)機(jī)停止即可停止風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)下，點(diǎn)擊變頻斷電按鈕可以對變頻器切斷供電。（3）在運(yùn)行過程中，運(yùn)行頻率和電機(jī)電流會(huì)顯示在設(shè)備監(jiān)控畫面中變頻控制柜圖像上，風(fēng)速儀圖像位置可以顯示出系統(tǒng)當(dāng)前風(fēng)速。在“遠(yuǎn)程操作+手動(dòng)控制”運(yùn)行模式下，系統(tǒng)僅僅以手動(dòng)設(shè)定的頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，一級四級風(fēng)速按鈕無效。強(qiáng)制通風(fēng)時(shí)間作用無效。4）遠(yuǎn)程操作運(yùn)行模式二（遠(yuǎn)程操

13、做+自動(dòng)控制）（1）在變頻控制柜上把本地/遠(yuǎn)程操作旋鈕旋轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)程位置，把手動(dòng)/自動(dòng)操作旋鈕旋轉(zhuǎn)到自動(dòng)位置。此時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)處于“遠(yuǎn)程操做+自動(dòng)控制”運(yùn)行模式，系統(tǒng)的運(yùn)行將由遠(yuǎn)程觸摸屏進(jìn)行操控。（2）在變頻器未上電時(shí)，在設(shè)備監(jiān)控畫面中，變頻控制柜圖像上顯示為：變頻器未上電，點(diǎn)擊此位置會(huì)在柜體圖畫下方出現(xiàn)變頻上電 變頻斷電兩個(gè)按鈕，點(diǎn)擊變頻上電按鈕，變頻柜內(nèi)接觸器動(dòng)作，變頻器未上電變化為變頻器已上電，此時(shí)變頻器送電成功。點(diǎn)擊一級風(fēng)速 二級風(fēng)速 三級風(fēng)速 四級風(fēng)速可分別選擇需要的風(fēng)速等級，選定后設(shè)備監(jiān)控畫面右上角自動(dòng)運(yùn)行下方會(huì)顯示當(dāng)前選擇的風(fēng)速等級及風(fēng)速預(yù)設(shè)值。此時(shí)點(diǎn)擊設(shè)備監(jiān)控畫面右下角風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，通

14、風(fēng)系統(tǒng)就會(huì)按照參數(shù)設(shè)置畫面中設(shè)定風(fēng)速等級對應(yīng)的風(fēng)速值自動(dòng)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，使輸出的風(fēng)速在系統(tǒng)控制下逐漸達(dá)到設(shè)定的風(fēng)速。點(diǎn)擊按鈕風(fēng)機(jī)停止即可停止風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)下，點(diǎn)擊變頻斷電按鈕可以對變頻器切斷供電。（3）在運(yùn)行過程中，運(yùn)行頻率和電機(jī)電流會(huì)顯示在設(shè)備監(jiān)控畫面中變頻控制柜圖像上，風(fēng)速儀圖像位置可以顯示出系統(tǒng)當(dāng)前風(fēng)速。在“遠(yuǎn)程操作+手動(dòng)控制”運(yùn)行模式下，系統(tǒng)啟動(dòng)后，系統(tǒng)先在強(qiáng)制通風(fēng)時(shí)間內(nèi)運(yùn)行，當(dāng)強(qiáng)制通風(fēng)時(shí)間結(jié)束后，系統(tǒng)以自動(dòng)設(shè)定的風(fēng)速等級閉環(huán)運(yùn)行。7 勞動(dòng)力組織變頻節(jié)能風(fēng)機(jī)操作由洞口值班室值班員負(fù)責(zé), 以保證通風(fēng)系統(tǒng)按照變頻設(shè)定的風(fēng)速或頻率要求正常運(yùn)轉(zhuǎn)。配置人員23人。8 主要機(jī)具設(shè)備系統(tǒng)主要配置

15、包括：森蘭變頻器；西門子S7200 PLC；研華模擬量轉(zhuǎn)化模塊（ADAM-4117）；研華RS485光通訊模塊（ADAM-4541）；昆侖通態(tài)觸摸屏； 光電轉(zhuǎn)換器；多模光纖等。9 操作控制安全措施9.1主要安全風(fēng)險(xiǎn)1）變頻控制柜與通風(fēng)機(jī)之間電源接線錯(cuò)誤。2）電工安裝或檢查電路時(shí)意外觸電。9.2保證措施1）設(shè)備管理人員和電工必須了解變頻控制柜和通風(fēng)機(jī)之間的電源接線要求，并仔細(xì)研究通風(fēng)機(jī)接線盒內(nèi)接線端子的布置形式，避免搭接錯(cuò)誤或接線錯(cuò)誤。2）風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)無論處于本地狀態(tài)或者遠(yuǎn)程狀態(tài)，都可以在本地及遠(yuǎn)程進(jìn)行電源合閘及電源分閘操作。因此，必須對風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)相關(guān)作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，讓他們了解這一系

16、統(tǒng)特性，并能正確應(yīng)用。3）加強(qiáng)安全用電教育，非專業(yè)電工，禁止私拉亂接電力電源。10 應(yīng)用實(shí)例10.1 工程簡介云桂鐵路石林隧道全長18208m，為云桂線最長隧道、全國最長單洞雙線隧道、世界最長鉆爆法施工的巖溶隧道。該隧道設(shè)置“一平導(dǎo)+兩斜井”的輔助坑道模式。主要地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)為巖溶，為級風(fēng)險(xiǎn)隧道。石林隧道進(jìn)口分正洞、平導(dǎo)兩個(gè)工作面分別施工。第一階段通風(fēng)方式為長管路壓入式，第二階段充分利用平導(dǎo)和正洞的進(jìn)度差，通風(fēng)方式為巷道式通風(fēng)。文中描述的風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)已成功安裝在石林隧道進(jìn)口，用于控制平導(dǎo)2×55kW通風(fēng)機(jī)。10.2 風(fēng)機(jī)變頻使用效果1）使用效果（1）故障率大為降低，維護(hù)工作量大為減少。（2）運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，操作簡單靈活，因而節(jié)能效果明顯。2）經(jīng)濟(jì)效益分析（1）直接經(jīng)濟(jì)效益表1 現(xiàn)場記錄表序號電源頻率Hz電機(jī)電流A1501422409533064 表1為現(xiàn)場從“通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控主畫面”上記錄的數(shù)據(jù)，當(dāng)電源頻率為50Hz時(shí)，通風(fēng)機(jī)電機(jī)的實(shí)時(shí)電流為142A；當(dāng)電源頻率降低為40Hz時(shí)，電機(jī)實(shí)時(shí)電流為95A；當(dāng)電源頻率為30Hz時(shí)，通風(fēng)機(jī)電機(jī)實(shí)時(shí)電流為64A。假定電源電壓維持380V不變，以50Hz為測定時(shí)段的基準(zhǔn)功率，根據(jù)電學(xué)功率公式P=I×V可知：電源頻率為40Hz時(shí)，風(fēng)機(jī)節(jié)電率為33.1%；電源頻率為30Hz時(shí)，風(fēng)機(jī)節(jié)電率為54.9%。 這只是一個(gè)簡