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高压变频器在东怀煤矿通风机中的应用

发布于:08-30

高压变频器|煤矿通风机|高压电机

广西百色矿务局东怀煤矿??庞中元



山东新风光电子科技发展有限公司??林红波



Pang?Zhongyuan??Lin?Hongbo



??要:本文介绍了高压变频器在广西白色东怀煤矿通风机中的应用情况。通过对高压电机各种调速方式比较,用户选用功率单元串联多电平型高压变频器对通风机进行调速改造。应用情况表明,改造是成功的。



关键词:高压变频器??功率单元串联多电平???煤矿通风机



Abstract:?The?article?introduces?the?application?of?high?voltage?inverter?in?Guangxi?coal?mine?fan.?Through?to?the?high?voltage?electrical?machinery?each?kind?of?velocity?modulation?way?comparison,?the?user?selects?the?power?unit?to?connect?the?multi-?levels?high?inverter?to?carry?on?the?velocity?modulation?transformation?to?the?ventilator.?The?application?situation?indicates?the?transformation?is?successful.



Key?wordsHigh?voltage?inverter???Power?unit?connects?the?multi-?levels??Coal?mine?ventilator



1引言



??广西百色矿务局始建于1956年,原煤生产能力300万吨/年,是广西最重要的褐煤生产基地。东怀煤矿是其下属的煤矿之一,被列入国家级绿色矿山试点单位名单,是广西第一家获此殊荣的煤矿。近年来,东怀煤矿严格按照?“井下标准化,地面花园式”的规划和建设要求,将绿色理念贯穿于生产经营的全过程,以开采方式科学化、资源利用高效化、生产工艺环保化、矿山环境生态化为基本要求,引进先进生产工艺和技术,实现了经济效益、生态效益和社会效益的协调统一。



??目前,东怀煤矿每年可生产原煤150万吨。随着煤炭的产量不断扩大,原有矿用通风机已不能满足矿井通风要求,需要更换。选择风机型号原则一般为:矿井一般按开采各阶段中通风最困难时期选型,根据反风及开采后期运行工况所设计的通风机及拖动的电动机的功率,通常远大于煤矿正常生产所需的运行功率,势必造成巨大的能源浪费。



2?改造现场设备



??原来的主扇风机采用工频运行,在运行中一般采用改变导叶角度和改变档板角度调节通风量,因此通风效率较低,造成能源浪费,增加了生产成本。而对旋轴流风机两级风级叶轮采用不同的叶片扭曲角度、不同的安装角度;一级叶轮的扭曲角度和安装角度都较二级叶轮大,一级叶片数大于二级叶片数,叶片采用等环量流型设计,叶片安装角度可任意调节,通风效率高。所以改造后的通风机设备选用对旋轴流通风机较为合理。



煤矿对旋风机因其主要由该通风机采用两级叶轮对旋式结构,两级叶轮分别由容量及相同型号电动机驱动,两个叶轮旋转方向相反,从进风口看,第一级叶轮顺时针方向旋转,第二级叶轮则逆时针方向旋转。当空气流入第一级叶轮获得能量后并经第二级叶轮排出,第二级叶轮兼备普通轴流风机中静叶的功能,在获得整直圆周方向速度风量同时,增加气流的能量,从而达到普通轴流式通风机不能达到的高效率,高风压。它与普通轴流风机相比有以下几个优点:



(1)可以省略导叶,因而具有较短的结构尺寸。



(2)?传动效率高。叶轮直接安装在电机轴上,改变了传统的传动结构,既避免了传动装置的频繁损坏,消除了能量损耗,也提高了风机装置的传动效率。对旋轴流式通风机因为没有静叶,不存在静叶损失,因此,其效率比普通通风机要高。



(3)?对旋轴流式通风机具有较大的逆向送风量,其一般可达70%~80%,而普通通风机的逆向送风量仅为30%~40%。



(4)轴流对旋风机使用灵活。对旋风机两级工作轮分别由两台电机驱动,因而对旋风机对应不同的使用状态,可进行各式各样的组合,使其中一级空转可组成前导加动叶级或动叶加后导叶级,亦可配备一个静叶作为附件,可以调节栅距以实现变风量调节。对旋风机可变转速和两转子的转速比来调节流量,这是对旋风机所特有的。



??矿用通风机为两台,一用一备。风机拖动电机功率为?250?kW/6kV,每台对旋轴流式风机有两台电机组驱动。为了进一步降低通风机的运行消耗功率,需选择合适的调速方式对通风机进行控制,以达到高效运行的目的。



3?改造风机调速方式选择



?至目前为止,高压电机要实现调速,主要采用以下方式:



???(1)液力耦合器方式。即在电机和负载之间串入一个液力耦合装置,通过液面的高低调节电机和负载之间耦合力的大小,实现负载的速度调节。这种调速方法实质上是转差功率消耗型的做法,其主要缺点是随着转速下降效率越来越低、维护工作量大。属淘汰落后调速方式。



???(2)串级调速。串级调速必须采用绕线式异步电动机,将转子绕组的一部分能量通过整流、逆变再送回到电网,这种调速方式的调速范围一般在70%-95%左右,调速范围窄。而通风机一般都采用鼠笼式异步电动机,更换电机非常麻烦。串级调速属于落后技术。



???(3)高低高变频方式。变频器为低压变频器,采用输入降压变压器,先把电网电压降低,然后采用一台低压变频器实现变频;对于电机,则有两种办法,一种办法是采用低压电机;另一种办法,则是仍采用原来的高压电机,需要在变频器和电机之间增加一台升压变压器。这是当时高压变频技术未成熟时的一种过渡技术。这种做法由于采用低压变频器,容量也比较小,对电网侧的谐波较大。



???(4)高高变频方式。目前,市场上销售的主流高压变频器又可分为电流源型、功率单元串联多电平型和三电平型三种类型,其中功率单元串联多电平变频器采用多个低压的功率单元串联方式实现高压,是电压源型变频器。这种变频器主回路如图1示,此变频器采用多个低压的功率单元串联实现高压,输入侧的降压变压器采用移相方式,可有效消除对电网的谐波污染,输出侧采用多电平正弦PWM?技术,可适用于任何电压的普通电机,另外,在某个功率单元出现故障时,可自动退出系统,而其余的功率单元可继续保持电机的运行,减少停机时造成的损失。系统采用模块化设计,可迅速替换故障模块。由此可见,单元串联多电平型变频器的市场竞争力是很明显的。这种变频器技术成熟,目前占据风机水泵市场主要份额。







??通过对以上高压电机调速方式比较,煤矿领导决定采用功率单元串联多电平变频器对矿用通风机进行改造。矿领导经过对比、论证,最后决定选用山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP37-250F高压变频器2套对矿主通风机进行调速控制,改造达到了预期目的。



?4山东新风光电子JD-BP37系列性能特点



?山东新风光生产的风光牌JD-BP37系列高压变频器荣获“中国名牌”称号,风光牌JD-BP37系列高压变频器以高速DSP为控制核心,采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术,属高-高电压源型变频器,其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准,输入功率因数高,输出波形质量好,不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器;不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题,可以使用普通的异步电机。风光JD-BP37系列高压变频器除具有一般普通变频器的功能外,还具有以下性能特点:



?(1)采用高速DSP作为中央处理器,运算速度更快,让控制更精准。



?(2)飞车启动功能:能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。



?(3)完整的工频/变频自动互切技术:现在的高压变频调速系统一般设置工频旁路切换柜,变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行,旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式。新风光公司提供的自动旁路切换柜,不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态,还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频的功能,整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。



??(4)旋转中再启动功能:运行过程中高压瞬时掉电三十秒钟内恢复,高压变频器不停机,高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。



?(5)线电压自动均衡技术(星点漂移技术):变频器某相有单元故障后,为了使线电压平衡,传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压,而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角,在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。



?(6)单元直流电压检测:实时显示检测系统直流电压,从而实现输出电压的优化控制,降低谐波含量,保证输出电压的精度,提升系统控制性能,并保证运行维护人员实现对功率单元运行状况的全面把握。



?(7)单元内电解电容因采取了公司专利技术,可以将其使用寿命提高一倍。



?(8)?通过控制器可实现对各单元直流滤波电容寿命的检测,实现在年检中对单元电解电容器进行检测,根据出厂时电解电容器的特性的比较与趋势,可得出对电解电容器寿命的猜测,提前预知电解电容器是否可继续运行,避免由于电容器运行出现非预期的系统故障,并实现运行维护人员对功率单元设备状况的及时把握。



???(9)?具有双路控制电,一路为干式变压器变压以后的电源,一路为外部控制电源,这样在调试过程中,无需加入高压主电,就可以检测输出波形的正常与否。对于在现场安装调试以及人员培训很方便,大大提高了安全性。



?(10)?具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路,此时如果变频器不具备相间短路保护功能,将会导致重大事故。风光高压变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出,保护设备不受损害,避免事故的发生。



??(11)?限流功能:当变频器输出电流超过设定值,变频器将自动限制电流输出,避免变频器在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流保护,最大限度减少停机次数。



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