高壓變頻技術的推廣應用探討

摘要：對風機實施變頻技術改造，實際上是在拖動風機的電力傳動系統中應用了變頻調速技術。使用變頻調速技術不但可以有效提高電力傳動系統的節能水平，還能加強電力傳動系統的控制性。文章通過實例對高壓變頻技術的推廣應用進行了探討，對煤礦通風機進行變頻調速改造，能創造很大的經濟效益。

關鍵詞：變壓變頻技術；拖動風機；電力傳動系統；節能水平；變頻調速改造 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM921 文章編號：1009-2374（2016）28-0053-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.027

1 概述

1.1 項目背景

據調查研究顯示，風機配套電機就目前而言占據全國電機裝機量高達60%，其耗電量相當于我國發電總量的1/3。尤其需要注意的是，很多水泵以及風機等機械設備在使用中往往出現大材小用的現象，另因生產制造工藝發生變化，需時常對機械的溫度、流量和壓力等參數進行調節，以保證正常運轉，但當前一些企業仍使用閥門、調節擋風板等落后的方式對機械參數進行調節。簡單說就是通過人力加大阻力，同時耗費更多的電能或金錢達到生產要求。這種方式增加了資源的浪費，同時調節準確度低，生產需求不能得到很好地滿足，嚴重阻礙生產的穩定開展。

代池壩煤礦大功率設備：264kW主扇風機、地面130kW壓風機等設備，啟動電流大，電機和傳動機械的沖擊應力大，消耗了電能，對電網沖擊大；從理論和實踐上論述了煤礦大型設備節能利用的方法，成功應用“SP500系列爍普變頻器”的經驗做一介紹，為今后提供了實踐經驗和理論借鑒，本報告主要針對代池壩煤礦張家灣抽風機成功應用“SP500系列爍普變頻器”為例。

1.2 項目研究的主要內容

主扇風機使用變頻節能技術，選擇安全、經濟、實用的設備。

1.3 項目研究的技術路線

本成果首先通過調查，確定各種設備節電能力，查閱大量相關節能技術資料，分析研究設備相關運行參數，提出主扇風機采用變頻節能技術。總結在使用中遇到的技術難題，并提出解決方法，最后對本項目進行技術總結。

1.4 項目研究的主要技術難點

主扇風機使用SP500-P型礦用變頻調速節能設備的可靠性。

1.5 項目研究的創新點

大型設備啟動平穩，減小設備高電壓、大電流、傳動機械沖擊，延長設備使用壽命，達到節能效果。

1.6 項目完成情況

本成果以代池壩煤礦張家灣抽風機房2臺主扇風機、熱水池2臺加壓水泵、地面壓風機房2臺壓風機、礦井主提升絞車為研究對象，現已成功投入7臺變頻控制器使用，達到了節能和保護設備的目的，為今后廣泛使用節能設備提供了理論依據和技術支撐，并以代池壩煤礦張家灣抽風機成功應用“SP500系列爍普變頻器”為例。

2 代池壩煤礦實例

2.1 代池壩煤礦主扇風機原啟動方式

代池壩煤礦主扇風機原啟動方式采用直接啟動，直接采用工頻供電，定速驅動，通過調節風門開關大小來控制風量。礦井主扇風機的額定通風能力（風量、風壓）是根據設計計算的礦井末期的通風阻力和達產時的風量確定。礦井剛開始投入生產時，風機通常都有較大的富余力；為使礦井能夠正常生產，過去一般采用人為關閉小風門擋板的做法來增加通風阻力，從而改變主扇風機的運行工況達到調節風量的目的。在生產過程中，風機的風量與風壓裕度以及在生產過程中絕大部分時間都不是滿負荷，同時由于生產系統所需求的風量隨之變化，導致風機的運行工況點與設計高效點相偏離，從而使風機的運行效率大幅度下降。

目前，風機的變頻調速節能在高、低壓領域均有涉及，380V、3kV、6kV、10kV都有應用，行業涵蓋水泥、石化、工礦、電力、化工、造紙、石油、食品、醫藥、市政、建筑、水利等諸多關系國計民生的領域。

變頻節能設備是利用變頻器所具有的軟啟動功能通過把啟動電流歸置成零。通過了解變頻器在啟動時所承載的負荷曲線可知，機械啟動時幾乎不發生任何沖擊，電流變動都是從零開始，電流的增加同轉速相關，隨轉速的增加而增加，因此不會超越額定電流的最大值。所以說，使用變頻風機能夠增加電動機以及開關的使用年限，減少了啟動電流等對電機造成的過大壓力，減少了很多維修保養費用。

2.2 功率因數補償節能

我們知道無功功率能導致線材以及設備等的發熱，增加損耗，甚至因功率因數的下降造成電網中無功功率下降，加大了線路中無功功率的損耗，致使設備使用率大幅下降，資源浪費嚴重，由公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，式中：S為視在功率；P為有功功率；Q為無功功率；COSФ為功率因數，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通風機的功率因數在0.7～0.85之間，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

代池壩煤礦主扇風機總功率為2*132kW，全年12個月連續運行，每天工作24小時，我們保守估計按轉速降低10%計算，由前面計算可知節電率為27.1%，對電費按每度0.736元計算，負載系數為0.75，那么每年的可節約電費支出：

每年節約電費計算：264kW×24h×360天×0.736×0.75×27.1%=341213.3元

代池壩煤礦張家灣抽風機房2臺主扇風機、熱水池2臺加壓水泵、地面壓風機房2臺壓風機，現已成功投入7臺變頻控制器使用 ，每年可為礦節約電費約50萬元。

3 效益分析

3.1 經濟效益

代池壩煤礦大型設備節能技術的成功應用，不僅給煤礦本身帶來了巨大的經濟效益，同時對社會也提供了技術范例：（1） 設備低電壓啟動，速度緩慢、平穩上升、沖擊力小，保護了設備；（2）降速以及軟啟動運行大大降低了設備的振動和磨損，使設備使用壽命延長，提高了設備的MTBF（平均故障維修時間）值，并減少了對電網沖擊，提高了系統的可靠性；（3）節能系統的使用能夠提供多種保護措施，不但增加了系統的運轉率，而且提高了系統的安全性能；（4）采用變頻技術設備同期節電25%；（5）使用軟啟動設備同期節電10%～20%；（6）限制防爆高壓電動機的啟動電流、電壓，有力地降低了電網的波動，減少變壓器負荷輸出，保護高壓電機的使用壽命，對用電設備的機械部件減少磨損，減少故障的發生，降低維修量，節約費用成本。據調查在煤礦礦山企業中使用老式啟動器每年都產生巨大的維修費用，其中防爆電動機每年的維護費用為2～3萬元。提高功率因數、降低供電線路損耗和變壓器損耗，每年可以節省很多的用電費用支出，給企業帶來經濟效益， 達到安全生產；（7）風機采用變頻技術后可以根據井下用風量變化隨時改變電機轉速，達到調節風量的目的，不再需要調節風門開啟大小來調節風量，操作簡單，降低了操作人員的勞動強度。

3.2 社會效益

使用變頻技術設備，延長控制設備使用周期。降低能源消耗，控制溫室效應，可持續發展。

4 結語

通過此例應用及其他的風機變頻改造應用實例，可以認為：如果可以對煤礦通風機進行變頻調速改造，能創造更大的經濟效益。對風機實施變頻技術改造，實際上是在拖動風機的電傳動系統中應用了變頻調速技術。使用變頻調速技術不但可以有效提高電力傳動系統的節能水平，還能加強電力傳動系統的控制性。

變頻調速技術如能進一步在風機拖動、泵類機械拖動及整個電力傳動系統中推廣應用，將對推動企業科技進步起到重要作用。

作者簡介：杜洪斌（1968-），四川鹽亭人，川煤集團廣旺公司代池壩煤礦機電副總工程師，機電工程師，研究方向：煤礦機電技術管理。

（責任編輯：蔣建華）