高壓變頻器在鐵煤集團(tuán)大興礦中的應(yīng)用

1、    高壓變頻器在鐵煤集團(tuán)大興礦中的應(yīng)用現(xiàn)今，節(jié)能降耗已成為我國的基本國策。煤礦企業(yè)既是產(chǎn)能大戶,又是耗能大戶,許多煤礦企業(yè)都非常重視高耗能用電設(shè)備的節(jié)能改造工作。鐵煤集團(tuán)大興礦是1980年國家投資建設(shè),于1990年11月份投產(chǎn)的中國東北最大的年設(shè)計、生產(chǎn)能力為300萬噸的井工礦井。主要通風(fēng)機(jī)房安設(shè)了全局排風(fēng)能力最大的離心式扇風(fēng)機(jī)，保證了礦井的安全生產(chǎn)。同時帶來的問題是如何解決風(fēng)量調(diào)節(jié)的問題，用風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量風(fēng)阻很大，存在著大量的能量浪費(fèi)，能量浪費(fèi)在50%        現(xiàn)今，節(jié)能降耗

2、已成為我國的基本國策。煤礦企業(yè)既是產(chǎn)能大戶,又是耗能大戶,許多煤礦企業(yè)都非常重視高耗能用電設(shè)備的節(jié)能改造工作。鐵煤集團(tuán)大興礦是1980年國家投資建設(shè),于1990年11月份投產(chǎn)的中國東北最大的年設(shè)計、生產(chǎn)能力為300萬噸的井工礦井。主要通風(fēng)機(jī)房安設(shè)了全局排風(fēng)能力最大的離心式扇風(fēng)機(jī)，保證了礦井的安全生產(chǎn)。同時帶來的問題是如何解決風(fēng)量調(diào)節(jié)的問題，用風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量風(fēng)阻很大，存在著大量的能量浪費(fèi)，能量浪費(fèi)在50%以上。為了在滿足礦井的通風(fēng)需要的同時,又能實現(xiàn)最大程度的節(jié)能,榮信電力電子有限公司對鐵煤集團(tuán)大興礦井主通風(fēng)機(jī)采用了高壓變頻改造,選用功率單元串聯(lián)多電平高壓變頻器,實現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)的電能節(jié)約和風(fēng)量無級調(diào)

3、速。一、大興礦風(fēng)機(jī)變頻改造的必要性         鐵煤集團(tuán)大興礦井主通風(fēng)機(jī)采用同步電機(jī)，而交流同步電機(jī)的調(diào)速是電氣驅(qū)動領(lǐng)域的一大難題。我國從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行交流同步電機(jī)調(diào)速技術(shù)的研究，目前在國內(nèi)煤炭業(yè)內(nèi)，大功率變頻裝置成功應(yīng)用于同步電機(jī)的實例還很少。難點(diǎn)在于與普通異步電機(jī)運(yùn)行相比，同步電機(jī)在運(yùn)行時，電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi)，否則將導(dǎo)致系統(tǒng)失步，因此同步電機(jī)變頻調(diào)速時必須時刻控制這一夾角在允許的范圍內(nèi)變動。由于同步電機(jī)與異步電機(jī)的不同，同步電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造時對高壓變頻裝置的

4、要求也有些差別，具體要求如下：（1）能夠解決同步電機(jī)啟動整步問題；（2）能夠解決同步電機(jī)調(diào)速過程中輸出電壓和勵磁電流的協(xié)調(diào)控制；（3）變頻裝置輸出電壓、電流諧波應(yīng)盡可能小。         鐵煤集團(tuán)大興礦井主通風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)著該礦井下主通風(fēng)任務(wù)，是至關(guān)重要的大型安全生產(chǎn)設(shè)備，需要長期、連續(xù)、可靠、安全的運(yùn)行。風(fēng)機(jī)現(xiàn)在采用的調(diào)節(jié)風(fēng)量方式為調(diào)節(jié)風(fēng)門開度方式，系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下風(fēng)門開度僅為60左右，其風(fēng)量約為額定的6070?，F(xiàn)在系統(tǒng)存在的問題：1557; 調(diào)節(jié)精度低、線性度差、實時性差；u 采用風(fēng)門調(diào)節(jié)，造成管路壓力增加，造

5、成大量電能浪費(fèi)；u 直接起動時，造成電網(wǎng)波動嚴(yán)重和機(jī)械沖擊大，影響著系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和壽命；u 此通風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速無法自動調(diào)節(jié)，長期以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，對軸承等部分造成較大磨損；u 檔板采用人工調(diào)節(jié)，實時性差，需停機(jī)進(jìn)行，操作麻煩，費(fèi)時費(fèi)力。鑒于上述問題的存在，對現(xiàn)有風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻技術(shù)改造，采用完美無諧波大功率變頻器實現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)同步電機(jī)無級調(diào)速技術(shù)方案。二、高壓變頻調(diào)速裝置設(shè)計1、高壓變頻器系統(tǒng)原理及參數(shù)         該高壓變頻器將采用性能優(yōu)良、技術(shù)成熟、安全可靠的完美無諧波功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)。由電網(wǎng)送來的三相6

6、000V交流電經(jīng)過隔離移相變壓器變?yōu)?5組690V分別供給15個功率單元，每相上的5個功率單元輸出的單相SPWM波相疊加后，采用Y形連接，將形成線電壓為6000V的高質(zhì)量的正弦波輸出供給高壓同步電動機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)。 主控柜和功率柜之間采用光纖隔離技術(shù)，防止了電磁干擾，做到了高壓與低壓的完全隔離，具有極高的安全性。功率單元采用交直交變頻技術(shù)，單相輸出，IGBT元件采用先進(jìn)高效的熱管散熱技術(shù)，大大提高了的工作可靠性?，F(xiàn)場設(shè)備銘牌如下：高壓變頻器銘牌：額定容量 2000kVA 主變壓器類型 干式移相變壓器容量2200KVA 變比 6KV/15*690V 輸入電壓 6000V+15%-30% 高壓電網(wǎng)頻率

7、 4555HZ 輸出電壓 06000V 輸出頻率 050HZ 調(diào)速范圍 0500r/min輸出電壓諧波含量 < 4% 功率因數(shù) 96% 過載能力 120% （5分鐘） 效率 96% 控制柜與功率單元的傳輸光纖傳輸冷卻方式 超導(dǎo)熱管強(qiáng)制冷卻工作環(huán)境溫度 -20°C +45°C 電機(jī)銘牌：額定電壓 6KV 額定功率 1600KW額定電流 150A 額定轉(zhuǎn)速 500r/m 功率因數(shù) 95% 勵磁電流 180A 勵磁電壓 80V2、主通風(fēng)機(jī)高壓變頻改造系統(tǒng)設(shè)計         針對通風(fēng)機(jī)目

8、前的情況，現(xiàn)采用高壓變頻器一臺，一拖一的工作方式，對主通風(fēng)機(jī)同步電機(jī)實現(xiàn)無級調(diào)速控制方案。風(fēng)機(jī)電機(jī)由高壓變頻器控制，原風(fēng)門調(diào)節(jié)開度開到最大，風(fēng)量的調(diào)整通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，達(dá)到風(fēng)量的實時精確調(diào)節(jié)。u         采用高壓變頻無級調(diào)速技術(shù)方案后，風(fēng)機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可方便地從目前的額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)節(jié)，得到生產(chǎn)所需要的風(fēng)量；u 電機(jī)不用一直工作在額定轉(zhuǎn)速，大大降低了系統(tǒng)機(jī)械的磨損，延長了設(shè)備的使用壽命；u 通過與控制中心通訊連接，可實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動調(diào)節(jié)；u 通過變頻控制在風(fēng)量滿足條件下，還可取得可觀的節(jié)能效果。電機(jī)實現(xiàn)真

9、正軟起動，起動電流控制在額定以下。3、變頻系統(tǒng)組成及各部件功能整個變頻系統(tǒng)由高壓開關(guān)柜、移相變壓器柜、變頻柜和控制柜共4部分組成。三、通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益       通風(fēng)機(jī)變頻控制節(jié)能分析： 風(fēng)機(jī)屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比，而風(fēng)機(jī)的功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比。 風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q = K1n 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓 P = K2 n2 風(fēng)機(jī)功率 P = K2 n3 根據(jù)現(xiàn)系統(tǒng)的狀況，風(fēng)門開度55，考慮風(fēng)門大小會有變動，計算分析取值風(fēng)門開度60，現(xiàn)實際運(yùn)行電流100A,風(fēng)機(jī)為連續(xù)工作制年工作時間計24小時×365天876

10、0小時，上網(wǎng)電價0.45元度： 改造前：每年耗電量為（電流為運(yùn)行實際值）: P = UI ×6kV×146A×8700小時1517.2kW ×87001320萬度年電費(fèi)為：1320萬度×0.45594萬元變頻改造后：風(fēng)機(jī)與電機(jī)軸直連，傳動效率100：每年耗電量為（電流為運(yùn)行實際值）: P = UI ×6kV×92A×8700小時956kW ×8700832萬度 年電費(fèi)為：832萬度×0.45374萬元 變頻改造后，風(fēng)機(jī)的年節(jié)電：594萬元-374萬元=220萬元 使用變頻控制后，還能節(jié)油、節(jié)水、節(jié)省維修費(fèi)用。設(shè)備投入大約在二年左右可全部收回。 實踐證明高壓變頻器的應(yīng)用不僅節(jié)省了能源, 且改善了工藝，起動平穩(wěn), 可對電機(jī)及風(fēng)機(jī)起到保護(hù)作用,提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全。四、結(jié)論   &