1.工況簡(jiǎn)介

　　李村煤礦位于山西長(zhǎng)治長(zhǎng)子縣，井田走向長(zhǎng)5公里，傾斜寬8公里，總面積16.15平方公里，井田劃分為五個(gè)采區(qū)和一個(gè)備用區(qū)，井田內(nèi)含薄、中、厚煤層22個(gè)，其中可采和局部可采煤層17層，可采儲(chǔ)量1.36億噸。
　　礦井改擴(kuò)建完成后，李村煤礦的原煤產(chǎn)量將達(dá)到240萬噸。煤礦開采遵循以風(fēng)定產(chǎn)的要求，有多大的風(fēng)量允許有多大的開采量，風(fēng)量隨煤的產(chǎn)量的增加而增加。在采煤作業(yè)中瓦斯隨著煤的開采不斷地涌出，涌出瓦斯與煤的開采量呈正比，而保障每個(gè)煤礦工人正常工作所需的新鮮空氣也與煤的開采量呈正比。因此為了煤礦生產(chǎn)安全、完成生產(chǎn)任務(wù)，所需風(fēng)量、風(fēng)壓隨著開采和掘進(jìn)的不斷延伸，巷道延長(zhǎng)，及開采量的增加而增加，風(fēng)機(jī)需用功率也隨之增加。
　　李村礦原來的南翼風(fēng)機(jī)隨著掘進(jìn)的深入，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要，故對(duì)南翼主扇通風(fēng)進(jìn)行了改造，撤除了原南翼主扇，增設(shè)南二主扇，大幅度提高了井下的通風(fēng)能力。 

 
　　2.礦用主扇通風(fēng)機(jī)調(diào)速方案選擇

　　在煤礦生產(chǎn)中，所需風(fēng)量風(fēng)壓在不同階段有不同的要求，為滿足生產(chǎn)要求，煤礦通常采用以下幾種方法調(diào)節(jié)：
　　1)閘門調(diào)節(jié)；
　　2)改變通風(fēng)機(jī)速度；
　　3)改變前導(dǎo)器葉片角度；
　　4)軸流式通風(fēng)機(jī)改變動(dòng)葉安裝角；
　　5)離心式通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)尾翼擺角；
　　6)軸流式通風(fēng)機(jī)改變動(dòng)葉數(shù)目；
　　7)軸流式通風(fēng)機(jī)改變靜葉角度。

　　其中以閘門調(diào)節(jié)效率最差，它是人為地改變阻力曲線，增加風(fēng)阻，越調(diào)節(jié)性能就越惡化；前導(dǎo)器調(diào)節(jié)和尾翼擺角調(diào)節(jié)效率比閘門要高；改變動(dòng)葉安裝角和動(dòng)葉數(shù)目，可改變風(fēng)機(jī)的特性曲線，使風(fēng)機(jī)在較大范圍內(nèi)以較高的效率運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。改變通風(fēng)機(jī)速度，使其在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)在最大的范圍內(nèi)以最高的效率運(yùn)行，節(jié)能效果好。李村礦南二主扇風(fēng)機(jī)為兩臺(tái)對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)，一用一備。軸流式通
風(fēng)機(jī)的一般性能曲線如圖1所示：   

　　1）基本參數(shù)

　　（1）高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)有多組功率模塊并聯(lián)而成。
　?。?）變頻裝置控制采用LED鍵盤控制和人機(jī)界面控制兩種控制方式，兩種方式互為備用，兩種方式從就地界面上可以進(jìn)行增、減負(fù)荷，開停機(jī)等操作。裝置保留至少一年的故障記錄。
　?。?）變頻器能提供兩種通訊功能：標(biāo)準(zhǔn)的RS485和有觸摸屏處理器擴(kuò)展的通訊接口。
　　（4）在20-100%的調(diào)速范圍內(nèi)，變頻系統(tǒng)在不加任何功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)那闆r下，本機(jī)輸入端功率因數(shù)達(dá)到0.95。
　　（5）變頻裝置對(duì)輸出電纜的長(zhǎng)度無任何要求，變頻裝置保護(hù)電機(jī)不受共模電壓及dv/dt應(yīng)力的影響。
　　（6）變頻裝置輸出電流諧波不大于2%，符合IEEE5191992及中國(guó)供電部門要求，高于國(guó)標(biāo)GB14549-93對(duì)諧波失真的要求。變頻裝置輸出波形不會(huì)引起電機(jī)的諧振，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于0.1%。變頻器可自動(dòng)跳過共振點(diǎn)。
　?。?）變頻裝置對(duì)電網(wǎng)反饋的電流諧波不大于4%，符合IEEE5191992及中國(guó)供電部門要求，高于國(guó)標(biāo)GB14549-93對(duì)諧波失真的要求。
　?。?）變頻裝置對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在-10%～+10%電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)仍能滿載輸出，可以承受30%的電網(wǎng)電壓下降而繼續(xù)運(yùn)行。滿足煤礦的電壓大幅波動(dòng)的要求。
　　（9）變頻裝置設(shè)以下保護(hù)：過電壓、過電流、欠電壓、缺相保護(hù)、短路保護(hù)、超頻保護(hù)、失速保護(hù)、變頻器過載、電機(jī)過載保護(hù)、半導(dǎo)體器件的過熱保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)等，聯(lián)跳至輸入側(cè)6KV開關(guān)。保護(hù)的性能符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。并提供故障、斷電、停機(jī)等報(bào)警。
　　（10）變頻裝置帶故障自診斷功能，對(duì)所發(fā)生的故障類型及故障位置提供中文指示，在就地顯示并遠(yuǎn)方報(bào)警，便于運(yùn)行人員和檢修人員辨別和解決所出現(xiàn)的問題。變頻裝置有對(duì)環(huán)境溫度的監(jiān)控，當(dāng)溫度超過變頻器允許的環(huán)境溫度時(shí)，變頻器提供報(bào)警。
　?。?1）系統(tǒng)在電子噪聲，射頻干擾及振動(dòng)的環(huán)境中連續(xù)運(yùn)行。變頻裝置滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電磁兼容的規(guī)定。

　　6KV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘K1(k4)到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS21(Q)送至電動(dòng)機(jī)；6KV電源還可以經(jīng)旁路刀閘K3(k6)后由KM1(KM2)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，K1(K4)、K2(K5)與K3(K6)具有機(jī)械互鎖裝置，當(dāng)K1(K4)、K2(K5)在合閘位置時(shí)K3(K6)不能操作，反之亦然；當(dāng)系統(tǒng)處于變頻回路時(shí)，變頻器開機(jī)后，K1(K4)、K2(K5)操作失效，當(dāng)系統(tǒng)處于工頻回路時(shí)，工頻運(yùn)行后K3(K6)操作失效，以防止操作人員誤操作，避免帶電拉閘帶來的嚴(yán)重后果。進(jìn)出線刀閘（K1、K2、k4、k5）和旁路刀閘（K3、k6）的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進(jìn)出線刀閘，將變頻裝置隔離，手動(dòng)合旁路刀閘，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。虛線框內(nèi)為手動(dòng)旁路開關(guān)柜。

　　1）根據(jù)礦井生產(chǎn)實(shí)際情況，用戶提出礦井近期（或初期）所需的風(fēng)量、負(fù)壓。
　　2）根據(jù)當(dāng)前風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，作出目前及后期礦井通風(fēng)網(wǎng)路阻力曲線，求出較準(zhǔn)確的礦井通風(fēng)網(wǎng)路阻力系統(tǒng)及網(wǎng)阻曲線方程。
　　3）確定風(fēng)機(jī)直徑及轉(zhuǎn)速后，根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品特性曲線，作出風(fēng)路阻力曲線，并根據(jù)風(fēng)機(jī)所需的風(fēng)量和負(fù)壓，找出前后期工況點(diǎn)，必須使工況點(diǎn)運(yùn)行在高效區(qū)，即系統(tǒng)效率在80%左右。如果工況點(diǎn)出現(xiàn)在低效區(qū)，可以調(diào)整風(fēng)機(jī)的的動(dòng)葉角度使其處于高效區(qū)。風(fēng)機(jī)葉片安裝角度可以通過公式計(jì)算和作圖，找工況點(diǎn)兩者相結(jié)合的方法確定。作風(fēng)路特性曲線找工況點(diǎn)，可以由圖查得平均角度。亦可通過計(jì)算求得。根據(jù)上述方法初算出的角度，對(duì)照礦井阻力曲線和風(fēng)機(jī)性能曲線作出的工況點(diǎn)，再確定葉片安裝角度。在實(shí)際應(yīng)用中,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于50%的情況下,可以滿足用戶井下對(duì)風(fēng)量及負(fù)壓的影響,且風(fēng)機(jī)運(yùn)行在高效區(qū)。

    
　　6.變頻運(yùn)行情況

　　1) 變頻運(yùn)行

　　變頻投入運(yùn)行以來一直穩(wěn)定運(yùn)行，輸出頻率、電壓和電流穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，變頻器網(wǎng)側(cè)實(shí)測(cè)功率因數(shù)為0.976，效率均高于96%，滿載時(shí)網(wǎng)側(cè)電流諧波總?cè)萘啃∮?%，輸出電流諧波小于4%。風(fēng)機(jī)以低于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，不僅節(jié)約了能源，減少了維護(hù)費(fèi)用，還降低了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行噪聲，經(jīng)濟(jì)效益良好。

　　2) 變頻操作

　　變頻器顯示采用中文圖形界面，觸摸屏操作，生動(dòng)直觀，變頻器的運(yùn)行狀態(tài)一目了然，各種運(yùn)行數(shù)據(jù)可在觸摸屏上查詢，便于操作人員及時(shí)了解變頻器的運(yùn)行情況。變頻器操作簡(jiǎn)單，兩級(jí)風(fēng)機(jī)可以同時(shí)起動(dòng)，可在3分鐘之內(nèi)起動(dòng)至高速，短時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需風(fēng)量。由于烏蘭礦屬于高瓦斯礦井，主扇風(fēng)機(jī)停機(jī)10分鐘就是重大事故，簡(jiǎn)便的操作和短的起動(dòng)時(shí)間確保了生產(chǎn)安全。并且反風(fēng)比以前操作簡(jiǎn)單可靠，完全可滿足10分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)反風(fēng)的要求。

　　3)能耗分析

　　主扇風(fēng)機(jī)為對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)，一臺(tái)主扇風(fēng)機(jī)有兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向相反的風(fēng)機(jī)組成，每臺(tái)功率400kW，，當(dāng)需風(fēng)量為QA時(shí)，動(dòng)葉角度為零度時(shí)、風(fēng)機(jī)效率小于70%，以提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，這時(shí)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率約為72%，根據(jù)礦井的通風(fēng)阻力曲線和提供的風(fēng)機(jī)的性能曲線圖得知：
　　P風(fēng)損=Δp×QA/1000=（pB－pA）×QA/1000
　　=（3050-2100）×147/1000=139.7kW
　　在工頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)工作在工況點(diǎn)B點(diǎn)，這時(shí)風(fēng)機(jī)通風(fēng)有用功率：
　　P通=pB×QB/1000=3050×147/1000=448.4kW
　　電機(jī)功率：P電=P通/η=448.4/72%=622.8kW
　　因此，其節(jié)電率=（P電-P變）/P電=（622.8-386）/622.8=38.02%
　　風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)的效率為：
　　η=（pA×QA/1000）/P入
　　=（2100×147/1000）/386=80%
　　由此可見，變頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)效率為80%，其節(jié)電率在30%以上，節(jié)能效果十分明顯。