礦用主通風(fēng)機(jī)驅(qū)動變頻系統(tǒng)熱備方案的研究

摘 ?要：目前高壓變頻系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域的各行各業(yè)廣泛應(yīng)用，但考慮設(shè)備有成千上萬的電子元器件組成，在設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)故障將會對生產(chǎn)造成一定影響，尤其是關(guān)鍵負(fù)載，將造成嚴(yán)重的后果，甚至事故，尤其在煤礦主扇變頻應(yīng)用上問題更加突出。本文就山西新元礦亞洲最大主扇風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)提高變頻系統(tǒng)可靠性方面做了研究和優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：主扇變頻;變頻器;熱備用;飛車啟動

煤礦主扇風(fēng)機(jī)是礦井重要負(fù)荷，負(fù)責(zé)井下主通風(fēng)，當(dāng)發(fā)生故障時，需10分鐘內(nèi)馬上投入備用機(jī)，否則礦井瓦斯超限引發(fā)的安全隱患，因風(fēng)機(jī)停運(yùn)影響井下工人生命安全，甚至造成安全事故。

山西新元煤礦韓莊通風(fēng)機(jī)房配套的主通風(fēng)機(jī)數(shù)量2臺，單機(jī)功率10kV/6000kW，是當(dāng)時亞洲最大容量主通風(fēng)機(jī)。現(xiàn)場于2010年應(yīng)用榮信兩套大功率變頻器系統(tǒng)，隨著使用時間較長，目前設(shè)備出現(xiàn)意外停機(jī)概率增加，影響礦井的安全生產(chǎn)。為了保證主通風(fēng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行，經(jīng)過綜合分析和設(shè)計，現(xiàn)準(zhǔn)備增加一臺變頻器作為現(xiàn)有兩臺變頻器的熱備變頻器使用，新增加PLC控制系統(tǒng)一套，實現(xiàn)對切換的邏輯控制和變頻狀態(tài)監(jiān)測。方案充分結(jié)合目前現(xiàn)場設(shè)備實際情況，實現(xiàn)在保證現(xiàn)場原有系統(tǒng)和設(shè)備正常工作的條件下，即保證對現(xiàn)場設(shè)備和系統(tǒng)改動少，又不會對現(xiàn)場原有系統(tǒng)造成使用影響的升級方案。

1.主扇變頻器冗余控制升級方案

根據(jù)現(xiàn)場負(fù)載情況，增加熱備變頻器后，現(xiàn)場升級后高壓供電系統(tǒng)一次圖如下所示：

系統(tǒng)說明：

G05、G02、G13、G16、—用戶現(xiàn)場高壓斷路器柜;

G04-用戶現(xiàn)場高壓斷路器柜（505 1#變頻器旁路柜）;

G14-用戶現(xiàn)場高壓斷路器柜（506 2#變頻器旁路柜）

1#變頻器、2#變頻器—用戶現(xiàn)場變頻器;

互鎖關(guān)系說明：

G02、G18具有電氣閉鎖，2臺斷路器只能同時一臺閉合;

G16、G14具有電氣閉鎖，2臺斷路器只能同時一臺閉合;

G18、G14具有電氣閉鎖，2臺斷路器只能同時一臺閉合。

2.新增熱備變頻器切換邏輯說明

熱備變頻器上級高開G04合閘，變頻器自檢通過后處于變頻就緒狀態(tài)。當(dāng)1#變頻器故障時，檢測G18斷路器處于工作位并且儲能就緒狀態(tài)位（注：G18斷路器不處于工作位，則視為用戶將不采用新增熱備變頻器進(jìn)行倒機(jī)），檢測G02處于分閘狀態(tài)，自動切換并啟動新增熱備變頻器，此時熱備變頻器拖動1#電機(jī)運(yùn)行。

如若當(dāng)熱備變頻器拖動1#電機(jī)運(yùn)行時，熱備變頻器故障，需人為手動倒機(jī)，用2#變頻器啟動2#電機(jī)。不建議倒機(jī)回1#變頻器（由于啟動1#變頻器需要等待1#電機(jī)停穩(wěn)，并需關(guān)閉風(fēng)門，倒機(jī)時間較長），當(dāng)熱備變頻器修復(fù)后，又可做為2#變頻器的熱備變頻。

當(dāng)2#變頻器故障時，檢測G14斷路器處于工作位并且儲能就緒狀態(tài)位（注：G14斷路器不處于工作位，則視為用戶將不采用新增熱備變頻器進(jìn)行倒機(jī)），檢測G16處于分閘狀態(tài)，自動切換并啟動新增熱備變頻器，此時熱備變頻器拖動2#電機(jī)運(yùn)行。

RMVC5100系列變頻器飛車起動時間一般在5秒左右可完成，可確保切換100%的成功率。

此方案熱備變頻器可以作為1#變頻器熱備，也可為2#變頻器熱備的功能，即當(dāng)1#變頻器或2#變頻器故障時自動切換至熱備變頻器運(yùn)行。但不能實現(xiàn)熱備變頻器自動回切至1#變頻器或2#變頻器運(yùn)行，需人工手動切換（如需要實現(xiàn)自動回切功能，需對現(xiàn)場原有控制系統(tǒng)重新設(shè)計，不適合現(xiàn)場改造）。

3.新增熱備變頻操作臺

①配置操作臺一面，配置工控機(jī)HMI;

②HMI畫面可監(jiān)控?zé)醾渥冾l器運(yùn)行狀態(tài)，操作臺按鈕可實現(xiàn)對變頻系統(tǒng)的手動控制。

③具備該熱備變頻器自動手動切換功能，選擇自動切換：當(dāng)1#或2#變頻器故障后，滿足切換啟動熱備變頻器后則自動啟動熱備變頻器，若選擇手動切換：當(dāng)1#或2#變頻器故障后，滿足切換啟動熱備變頻器后，需在上位機(jī)點擊啟動按鈕，啟動熱備變頻器。

④遠(yuǎn)程控制新增熱備變頻器啟動、停止、故障復(fù)位、頻率給定等。

4.現(xiàn)場設(shè)備改造工作說明

1.1新增高壓變頻器室，土建用地使用面積為12m×5m。

1.2新建變頻器室內(nèi)需要開鑿電纜溝與高壓變頻器室原有電纜溝貫通。

1.3熱備變頻器進(jìn)線斷路器柜為G04利用，即：用戶現(xiàn)場505 1#變頻旁路柜，需要鋪設(shè)高壓配電室到新增高壓變頻器室電纜。

1.42#變頻器切換柜G14，即：用戶現(xiàn)場506 2#變頻旁路柜，拆除G14與母排連接，鋪設(shè)高壓配電室到新增高壓變頻器室電纜。

1.5高壓配電室新增加1#變頻器切換柜G18，替換用戶現(xiàn)場514電動機(jī)切換柜。

1.6影響通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的現(xiàn)場工程量：設(shè)備改造時原2#變頻旁路柜摘母排需礦方斷開風(fēng)機(jī)房母聯(lián)分段運(yùn)行;原18#電動機(jī)切換柜移除，新增1#變頻器切換柜G18預(yù)計需要停電停產(chǎn)3小時，調(diào)試過程需要停機(jī)2小時。

結(jié)束語：

通過增加上述硬件，在保證原變頻系統(tǒng)繼續(xù)服役的基礎(chǔ)了，大幅提高了系統(tǒng)的可靠性，熱備變頻可為任意一臺實現(xiàn)備件，并可在運(yùn)行變頻故障時實現(xiàn)自動切換。無需人為現(xiàn)場倒機(jī)，為礦井安全生產(chǎn)提供了保障，為要求高可靠性的現(xiàn)場改造提供了一種新思路。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳堅.電力電子學(xué)[M]北京：高等教育出版社，2003

[3]煤礦安全規(guī)程 2010版 煤礦礦井主扇通風(fēng)機(jī)管理制度

作者簡介：

單良（1983—）男，遼寧鞍山人，工程師，目前供職于臥龍榮信傳動公司電氣設(shè)計部，從事高壓變頻器應(yīng)用領(lǐng)域研究10年以上。