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[摘 要]分析主扇风机电机采用变频调速的必要性及技术可行性，并介绍变频控制方法。
[关键词]变频调速 DCS控制
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0252-01
引言
韩家湾煤炭公司规模为450万吨/年，井下供风4800～4900m3/min，年耗电约131.4万度，相当于410吨标煤，因此降低能耗具有重要意义。在电力拖动领域，变频调速既能节能降耗，又能提高生产设备的运行精度，因此是最理想、最有发展前途的一种节能方式。下面介绍下主扇风机的变频调速改造方案。
1 改造前存在的问题
改造前，该通风机使用西安电力开关厂生产的型号为GG1AF 老式上下隔离刀闸配电柜，保护装置采用继电保护，存在以下问题：
（1）自动化程度低，设备操作复杂且容易误操作，继电保护易误动作，GG1AF型旧式配电柜的可靠性、稳定性、灵敏性、选择性都相对较差；设备陈旧，检修繁琐。
（2）工频直接启动电流过大，尽管加入启动电抗器，启动电流仍然很大，对电机绝缘有较大威胁；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）主扇风机设计上余量大，主扇风机一直处在较轻负载下运行。由于采用档板调节，因此造成能源浪费，增加了生产成本。
2 改造后节电率测算
韩家湾煤炭公司在2012年1月初安装使用该设备，运行一段时间后，并经过测试，整体情况和以前工频运行时有以下的比较。
（1）改造前后的一些主要数据对比及效益 如表1。
主要通风机变改造后，在满足正常生产，对风量（现在为46.33～53.67m3/s）和风压（700Pa）需求的前提下，电机实际转速比额定转速745r/min下降了17%，电机实际功率为电机额定功率的62%，节电率约在40%。
3 改造方案
通风机电机型号：YBF450-8，额定电流：15.6A，额定电压：10KV，额定功率：185KW，，风量：3600—6600m3/min，转速：745转/分。变频调速系统接于10KV电压等级的主动力电源系统，可通过现场DCS控制系统进行协调控制。在变频器发生故障时，风机可以恢复到工频运行。
本高压变频调速系统主要由PowerSmartTM系列变频器、上位机、旁路开关柜等部分组成。本变频调速系统采用手动旁路形式是因为自动旁路方式在变频器发生故障时，电机将自动切换到工频运行，会引起变频炸机、空开跳闸等。
变频装置与电机的连接如图1所示，高压开关QF与电机M为用户设备，变频器一次回路由3个隔离刀闸KM1KM2KM3组成。10KV电源可经过QF1直接启动电机。KM3与QF1之间采用机械闭锁，比确保不同时合闸。
旁路开关柜中KM2、KM3采用高压真空接触器，QF1采用高压真空断路器。系统在变频方式下运行时， QF、KM2和KM3闭合，QF1断开；一旦变频器故障，KM2与KM3则断开，QF1闭合，使电机进入工频状态运行。
旁路开关的作用是实现变频/工频运行方式的切换，以方便变频器的维护和检修。当变频器故障时，合上旁路高压真空断路器，使电机进入工频状态运行，此时可检修变频器。但是，检修过程中应注意柜内尚有直流剩余电压，应待其放掉后进行。当电机需要变频运行时，应先将电机停掉，再将旁路开关柜投向变频状态，然后启动变频器。
4 改造后的主要应用效果
1.变频起动对电网没有任何冲击。由于变频器改造后风机可以实现变频软起动，避免了起动电流的冲击，减少了对电网电压的任何冲击，而且还可以随时起动或停止。
2.按需调节风量，避免浪费。变频改造后，风机的送风量不再需要由风门来调节，而是通过变频调节风机的转速来实现，调节范围可以从0%—100%；因而可以根据生产需要随意调节风量。
3.变频器运行中，如果需要机组切换，直接点击人机界面中的“启动1#”或者“启动2#”进行切换。
4.变频器运行过程中，可以一键反风功能，减少了操作员工的工作，缩短了工作时间，提高了工作效率。
5.变频节能运行，节约了大量能源。由于变频改造后不再使风机一直处于满负荷工作状态，节能率高达30%以上。
6.变频设备操作简单，工况良好，运行可靠。设备磨损减轻、维护费用降低，延长了维护周期，工作强度减少。
5 运行效果
该风机高压变频器于2012年1月1日投入运行。变频器显示采用中文图形人机界面，触摸屏操作，生动直观，并且配备有上位监控计算机，变频器的运行状态一目了然，各种运行数据和报警信息可在触摸屏和上位机上查询，便于操作人员及时了解变频器的运行情况。变频器操作简单，两级风机可以同时起动，可在短时间内起动至高速，达到所需风量。缩短的起动时间确保了生产安全，实现了一键反风，反风操作比以前简单可靠，完全可满足10 min内实现反风的要求。变频器投入运行以来一直运行稳定，输出频率、电压和电流符合要求，满载时网侧电流谐波总容量小于3%，风机以低于额定转速运行，不仅节约了能源，减少了维护费用，还降低了风机的运行噪声，经济效益良好。
由此可见，矿用通风机采用变频调速，不但实现了软起停，节约了电能，而且可根据巷道的风量需求方便的进行调速，应用效果是十分理想的。变频运行时，风机效率为80%，其节电率在30%以上，节能效果十分明显。
参考文献
[1] 赵诚彦.煤气鼓风机变频调速改造方案.电工技术，2012年第1期.
[2] 赵俊文，变频调速技术在煤矿主通风机中的应用.科技情报开发与经济，2007年第17卷第33期.
[3] 刘继平，矿井主通风机高压变频调速装置的研究及应用.《电气应用》. 2007年第26卷第9期.
[4] 陈琳，刘永春.排水系统优化控制策略研究.中国科技论文在线.
[关键词]变频调速 DCS控制
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0252-01
引言
韩家湾煤炭公司规模为450万吨/年，井下供风4800～4900m3/min，年耗电约131.4万度，相当于410吨标煤，因此降低能耗具有重要意义。在电力拖动领域，变频调速既能节能降耗，又能提高生产设备的运行精度，因此是最理想、最有发展前途的一种节能方式。下面介绍下主扇风机的变频调速改造方案。
1 改造前存在的问题
改造前，该通风机使用西安电力开关厂生产的型号为GG1AF 老式上下隔离刀闸配电柜，保护装置采用继电保护，存在以下问题：
（1）自动化程度低，设备操作复杂且容易误操作，继电保护易误动作，GG1AF型旧式配电柜的可靠性、稳定性、灵敏性、选择性都相对较差；设备陈旧，检修繁琐。
（2）工频直接启动电流过大，尽管加入启动电抗器，启动电流仍然很大，对电机绝缘有较大威胁；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）主扇风机设计上余量大，主扇风机一直处在较轻负载下运行。由于采用档板调节，因此造成能源浪费，增加了生产成本。
2 改造后节电率测算
韩家湾煤炭公司在2012年1月初安装使用该设备，运行一段时间后，并经过测试，整体情况和以前工频运行时有以下的比较。
（1）改造前后的一些主要数据对比及效益 如表1。
主要通风机变改造后，在满足正常生产，对风量（现在为46.33～53.67m3/s）和风压（700Pa）需求的前提下，电机实际转速比额定转速745r/min下降了17%，电机实际功率为电机额定功率的62%，节电率约在40%。
3 改造方案
通风机电机型号：YBF450-8，额定电流：15.6A，额定电压：10KV，额定功率：185KW，，风量：3600—6600m3/min，转速：745转/分。变频调速系统接于10KV电压等级的主动力电源系统，可通过现场DCS控制系统进行协调控制。在变频器发生故障时，风机可以恢复到工频运行。
本高压变频调速系统主要由PowerSmartTM系列变频器、上位机、旁路开关柜等部分组成。本变频调速系统采用手动旁路形式是因为自动旁路方式在变频器发生故障时，电机将自动切换到工频运行，会引起变频炸机、空开跳闸等。
变频装置与电机的连接如图1所示，高压开关QF与电机M为用户设备，变频器一次回路由3个隔离刀闸KM1KM2KM3组成。10KV电源可经过QF1直接启动电机。KM3与QF1之间采用机械闭锁，比确保不同时合闸。
旁路开关柜中KM2、KM3采用高压真空接触器，QF1采用高压真空断路器。系统在变频方式下运行时， QF、KM2和KM3闭合，QF1断开；一旦变频器故障，KM2与KM3则断开，QF1闭合，使电机进入工频状态运行。
旁路开关的作用是实现变频/工频运行方式的切换，以方便变频器的维护和检修。当变频器故障时，合上旁路高压真空断路器，使电机进入工频状态运行，此时可检修变频器。但是，检修过程中应注意柜内尚有直流剩余电压，应待其放掉后进行。当电机需要变频运行时，应先将电机停掉，再将旁路开关柜投向变频状态，然后启动变频器。
4 改造后的主要应用效果
1.变频起动对电网没有任何冲击。由于变频器改造后风机可以实现变频软起动，避免了起动电流的冲击，减少了对电网电压的任何冲击，而且还可以随时起动或停止。
2.按需调节风量，避免浪费。变频改造后，风机的送风量不再需要由风门来调节，而是通过变频调节风机的转速来实现，调节范围可以从0%—100%；因而可以根据生产需要随意调节风量。
3.变频器运行中，如果需要机组切换，直接点击人机界面中的“启动1#”或者“启动2#”进行切换。
4.变频器运行过程中，可以一键反风功能，减少了操作员工的工作，缩短了工作时间，提高了工作效率。
5.变频节能运行，节约了大量能源。由于变频改造后不再使风机一直处于满负荷工作状态，节能率高达30%以上。
6.变频设备操作简单，工况良好，运行可靠。设备磨损减轻、维护费用降低，延长了维护周期，工作强度减少。
5 运行效果
该风机高压变频器于2012年1月1日投入运行。变频器显示采用中文图形人机界面，触摸屏操作，生动直观，并且配备有上位监控计算机，变频器的运行状态一目了然，各种运行数据和报警信息可在触摸屏和上位机上查询，便于操作人员及时了解变频器的运行情况。变频器操作简单，两级风机可以同时起动，可在短时间内起动至高速，达到所需风量。缩短的起动时间确保了生产安全，实现了一键反风，反风操作比以前简单可靠，完全可满足10 min内实现反风的要求。变频器投入运行以来一直运行稳定，输出频率、电压和电流符合要求，满载时网侧电流谐波总容量小于3%，风机以低于额定转速运行，不仅节约了能源，减少了维护费用，还降低了风机的运行噪声，经济效益良好。
由此可见，矿用通风机采用变频调速，不但实现了软起停，节约了电能，而且可根据巷道的风量需求方便的进行调速，应用效果是十分理想的。变频运行时，风机效率为80%，其节电率在30%以上，节能效果十分明显。
参考文献
[1] 赵诚彦.煤气鼓风机变频调速改造方案.电工技术，2012年第1期.
[2] 赵俊文，变频调速技术在煤矿主通风机中的应用.科技情报开发与经济，2007年第17卷第33期.
[3] 刘继平，矿井主通风机高压变频调速装置的研究及应用.《电气应用》. 2007年第26卷第9期.
[4] 陈琳，刘永春.排水系统优化控制策略研究.中国科技论文在线.