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高压变频器在煤矿行业的应用
2006年5月23日 11:36  来源:变频器世界

    1 引言

    老虎台矿座落在素有“煤都”之称的抚顺东部,是抚顺矿业集团有限责任公司下属的重点煤矿。井田面积10km2,开采于1901年,至今已有百年开采历史。截止2004年末,可采储量5562.8万吨,矿井设计能力由建国初期的30万吨建成年产320万吨的大型矿井,采煤机械化程度为100%。建国以来累计生产煤炭1.619亿吨,上缴利润29.154亿元,成为抚顺矿业集团的支柱企业。老虎台矿现有在籍员工7869人,主导产品为二级精煤,副产品为八级精煤和五级中块,其性能具有低硫、低灰的气煤,发热量为22.99~25千焦耳之间,是优质的工业动力煤和生活用煤,煤炭主要销往鞍钢、本钢等地,煤气作为副产品原只供于本地区和市内,现向沈阳部分地区供气,年供气量将达到8000多万m3以上。

    2 煤矿高压变频器改造的可行性分析

    主扇风机在煤矿生产中有着重要的地位,随着开采和掘进的不断延伸,巷道延长,尽管风量基本不变,但井下所需的风压要求却不断增加,风机需用功率也随之增加。根据反风及开采后期运行状况来确定的主扇风机及拖动电动机的功率通常远大于煤矿长期开采所需的正常运行功率。存在以下几个问题。

    (1)电能的严重浪费

    大型煤矿的服务年限大多在几十年以上,投产初期到井田稳定开采一般在十年以上,这就是说,在主扇风机设计上余量特别大,说明在相当长的时间主扇风机一直处在较轻负载下运行。由于煤矿主扇风机一般采用档板调节,因此造成能源浪费,增加了生产成本。

    (2)启动困难,机械损伤严重

    主扇风机采用直接启动,启动时间长,启动电流大,对电动机的绝缘有着较大的威胁,严重时甚至烧毁电动机。而高压电动机在启动过程中所产生的单轴转矩现象使风机产生较大的机械振动应力,严重影响到电动机、风机及其它机械的使用寿命。

    (3)自动化程度低

    主扇风机依靠人工调节档板,更不具备风量的自动实时调节功能,自动化程度低。在故障状态下,如风流短路,将对矿井正常生产造成严重影响。

    为了矿井的安全生产和降低生产成本,提升该煤矿的自动化水平,对主扇风机进行变频调速改造具有非常重要的意义。

    3 设备选型及特点

    交流电动机结构简单、惯量小、维护方便,可在恶劣环境中运行,容易实现大容量化,高压化、高速化、价格低廉。

    3.1调速方案比较

    从节能的角度,交流电动机的调速装置可以分为高效调速装置和低效调速装置两大类。高效调速装置的特点是:调速时基本保持额定转差,不增加转差损耗,或可以将转差动率回馈至电网。低效调速装置的特点是:调速时改变转差,增加转差损耗,下面通过机械特性、调速范围、节能效果、故障处理、投资成本、维护保养、可靠性、性能等方面做个详细比较。

    各种交流电机调速方式的比较如附表所示。

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    通过比较,高压变频调速以节能效果明显,调速范围宽,维护保养简单,可靠性明显高于其他调速装置,是目前国际、国内高压电机调速的发展趋势,虽然前期投资比起其他的调速装置昂贵,但是从长远角度考虑,投资回报率非常高。抚顺煤矿老虎台矿通过充分的论证、分析,最终决定对该厂的抽出井下空气的主扇风机调速和中央瓦斯泵调速均采用高压变频调速,通过国内外几家高压变频器厂商的比较,最终选用的是东方日立(成都)电控设备有限生产的DHVECTOL-DI系列变频器。

    3.2 东、西主扇风机高压变频方案的选择

    老虎台矿东、西主扇风机分别配置三台高压电机,两套风机。其中的1600kW电机和630kW电机带一台风机,中间通过连轴器连接,如果其中一台电机故障,解开对轮,接上另外一台电机,从而保证井下通风,如图1所示。

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                             图1东、西主扇风机系统图

    考虑到井下通风的连续性,在变频改造之前一般的运行方式是其中一台风机运行,另外一台联动,轮换的时候都是另外一台运行起来,再停其中一台。为了提高变频器的利用率,所以在高压变频器设计方案里保证了1年365天都能运转。

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