試論變頻技術在煤礦的應用與節能

【摘要】交流電機變頻調速技術作為國家重點推廣的節電新技術，具有顯著的節電效果，一般能節電30%。煤礦企業作為高耗電企業，可使用變頻調速的設備很多，如通風機、空氣壓縮機、水泵、輸送機、提升機、采煤機等，利用變頻技術對煤礦企業設備進行改造，完全能實現改善工況、節省電能并提高生產效率的目的。在煤炭企業采用和推廣變頻調速技術，不僅可以取得相當顯著的節能效益和控制效果，而且也得到了國家產業政策的支持，代表了今后電力節能技改的方向。

【關鍵詞】變頻技術；節能；煤礦

1.變頻調速技術在煤礦通風系統中的應用

當前，我國煤礦使用的通風機數量眾多，運行效率普遍較低。據有關資料統計，全國礦用通風機的數量達數萬臺，功率從幾千瓦到幾百千瓦，最大的有數千千瓦。實際使用中，運行效率只有少數達到70%，一般的為50%左右。礦井通風消耗電能占全礦總能耗的30%～40%，尤以主扇為最。因此，對煤礦通風機進行技術改造，是煤礦節能的重要途徑。

對某一礦井主通風機（型號為BDK40-6-No17軸流式對旋風機）實施變頻技術改造，改造前由于電機不能調速，電機全速運行，此時通風機提供的總風量為2970m3/min，電機的輸入功率約為154kW。經測算，現在礦井所需風量為2100m3/min即可。若用風門調節，即把風量恰好調為2100m3/min時，從理論上分析，若風門節能為15%，電機實際的輸入功率仍達131kW。那么，每年風機消耗的電費為：131kW×24h×365d×0.5元=573780元。為了滿足礦井安全生產所需風量，又能隨生產節奏的變化及時調節風量，達到節能的目的，選用200 kW的變頻調速器對電機進行調速，以滿足生產和節能的雙重要求。經測風員現場測試，當變頻器輸出頻率為39Hz，輸入電壓400V，輸入電流110A時，風機的風量達到2100m3/min。此時電動機輸入功率約為75 kW。改造后發現，風機的風量和風壓都能夠滿足礦井的需要，加入變頻器后電機的輸入功率明顯下降，每年風機所消耗的電費為：75kW×24h×365d×0.5元=328500元。

用變頻調速器調節風量比用風門調節風量每年可節省的電費為245280元，即節約了245280/573780=43%的電能。

2.變頻調速技術在礦井供風系統上的應用

煤礦井下氣動工具生產所需要的壓縮空氣是由空氣壓縮機提供的，由于壓縮機在實際應用中是連續運行的設備，而壓縮空氣的使用是間歇性的，使用時間不足開機時間的30%，消耗電能占礦井用電的20%。實際生產中單電動機拖動系統大多不能根據負載的輕重來連續進行調整，當采用變頻調速后，則能十分方便地進行連續調節，保持壓力的穩定，從而大大提高壓縮空氣的質量。用變頻器改造空氣壓縮機有以下優點：一是節省電費20%以上，約半年即可收回變頻器投資。二是通過壓力傳感器與變頻等構成壓力閉環調節回路，進行恒壓控制，使氣壓基本保持恒定，大大改善了氣源質量。三是軟啟動功能減少了大電流沖擊及機械沖擊。

3.變頻調速技術在水泵上的應用

在煤礦生產中，水流量要求處于變工況運行。而在調節水泵流量時，實際采用的辦法是機械調節閥門開度來實現，此時水泵的拖動電機處于恒速運轉狀態，很不經濟。若通過變頻器控制轉速來調節流量，就具有調速性能好、節能效果顯著、運行工藝安全可靠等優點。據文獻顯示，我國幾十個大型煤礦集團公司現有主排水泵5000多臺，其年排水電耗約為30億kW·h，占礦井總用電量的30%左右，所以對煤礦用水泵進行變頻節能改造極具現實意義。

某煤礦對水泵進行變頻節能改造，改造后水泵功率由260kW降為196kW，電流由400A降為318A，頻率由50Hz降為40Hz，功率因素由0.908變為0.933。采用變頻調速技術后，提高了電機的功率因數，減少了無功功率消耗，月平均節約電能45934 kW·h，月平均節電率為25%，節能效果非常顯著。并且在采用變頻調速技術后，水泵電機定子電流下降了20%，電機水泵的轉速普遍下降，電機水泵運行狀況明顯改善，延長了設備的使用壽命，降低了設備的維修費用。變頻器啟動和調速平穩減少了對電網的沖擊。水泵出口閥全開，消除了因閥門節流而產生的噪音，改善了工人的工作環境；消除了閥門調節故障給生產帶來的影響，具有顯著的社會效益。

4.變頻調速技術在煤礦運輸系統中的應用

4.1變頻調速技術在礦井提升機中的應用

礦井提升機是在繁重而又復雜的條件下進行工作的設備，因此要求提升機的拖動裝置能適應頻繁啟動、停止、調速及換相，并能實現重載啟動。為了實現礦井提升機無級平穩加、減速，提高提升系統的安全水平并達到節約電能的目的，礦用提升機需要選用變頻控制，取消“調速電阻”，節約調速運行時電阻的熱損耗，在礦車下放減速器時，電動機短時間發電運行，并能把電能反饋給電網。另一方面，用變頻器內置的編程軟件替代繼電器可實現提升速度控制，減少設備維修工作量，降低維修費用，節能效果顯著（節能率在15%～30%）。

4.2變頻調速技術在礦井皮帶輸送機中的應用

目前，我國許多煤礦用的皮帶輸送機除裝車系統使用外，井下也大量使用。由于諸多原因，使用中相當長時間都處于空載或輕載運行狀態，電能浪費嚴重。如使用變頻調速技術，可減少電能浪費，同時也能解決大功率皮帶輸送機的啟動困難問題。另外許多皮帶輸送機采用的軟起動裝置絕大部分是液力偶合器，下行運輸皮帶機在啟動運行制動過程中會形成電機失控現象，若在皮帶輸送機上安裝變頻器，可隨時將電機產生的負力回饋到電網中，減少發熱損耗，解決機械系統及電氣系統的沖擊問題，延長設備的使用壽命，并能有效地節約電能。

5.變頻調速技術在采煤機中的應用

采煤機作為煤礦井下的主要綜采設備，常工作在比較惡劣的環境當中。其所處環境一般粉塵較大，空氣相對濕度較高，操作空間較小，所以對采煤機控制系統工作的安全性、可靠性、維護簡便性要求較高。將變頻技術應用于采煤機上，不僅能克服上述問題，還具有過負荷、過電流、過電壓、過熱、過頻、欠壓、失速、漏電、熔斷絲切斷、控制電源異常、CPU控制電路異常等保護功能。

6.變頻調速技術在煤礦中的應用前景

變頻調速技術不僅能使風機、泵類機械根據要求流量調節轉速，節約大量的電能，還可根據負載調節并降低轉速，以減小機械和風的噪聲。對于輸送機可實現平滑加速、減速，產生性能優良的軟起動效果，特別是重負載起動時，可提升輸出轉矩，產生普通軟起動器所達不到的效果，由于采用了對設備不產生沖擊的起動、停止和空載時低速或高速運行，可增加設備的使用壽命。另外，變頻調速技術對生產自動化、提高產品質量、提高生產率及產品合格率有明顯的效果。因此，煤礦井下的風機、水泵、提升機、運輸機、采煤機、絞車、壓縮機等機械的負載都比較適合變頻調速控制。

雖然，目前煤礦井下交流變頻調速技術的應用尚在起步階段，但在煤礦企業技術改造和產品更新換代，在節能和實現生產過程自動化方面已取得了明顯的節能效果。隨著科學技術的不斷進步，交流電動機變頻調速技術將日趨完善。因此，必須積極推廣先進的交流變頻調速技術，用先進的設備武裝、改造煤礦等傳統產業，促進工業自動化的進一步發展。

【參考文獻】

[1]趙俊文.變頻調速技術在煤礦主通風機中的應用[J].科技情報開發與經濟，2007，17（33）：279-280.