引言
節(jié)能降耗已成為我國的基本國策。煤礦企業(yè)既是產(chǎn)能大戶，又是耗能大戶，許多煤礦企業(yè)都非常重視高耗能用電設備的節(jié)能技改工作。特別是主通風機，設備功率大、24 h不停運轉。由于煤礦特殊的工藝要求，該設備存在很大的節(jié)能空問。在滿足礦井的通風需要的同時，又實現(xiàn)最大程度的節(jié)能，本文通過闡述對山西某大型煤礦企業(yè)礦井主通風機采用高壓變頻改造，選用功率單元串聯(lián)多電平高壓變頻器，實現(xiàn)了主通風機的電能節(jié)約和風量無級自動調(diào)節(jié)。
一、設備的工況和節(jié)能要求
1 、設備參數(shù)
煤礦企業(yè)主通風機為南陽防爆集團生產(chǎn)的2臺防爆對旋式軸流通風機。風機主要參數(shù)如下：
型號 BDK65—10一N026
| 電動機額定功率／kW | 2 x 800 |
| 負壓／Pa | 3077～120 |
| 風量／m •s | 60～150 |
| 額定轉速／r-min | 990 |
| 額定電壓／V | 10000 |
| 額定電流／A | 2x 56.3 |
| 絕緣等級 | F級 |
2 、運行情況
2臺對旋風機互為備用，單臺電機運行電流在43 A左右，該風機月用電量在63萬kWh以上。
3 、對設備節(jié)能的具體要求
根據(jù)礦井具體情況，確定了采用變頻方式進行技術改造。
(1)在不影響通風量的前提下，變頻設備應大幅度降低原用電設備(指的是煤礦主通風機)的電能，節(jié)電量要在20％ 以上。
(2)在不降低的基礎上，能夠提高原用電設備的安全性和穩(wěn)定性。
(3)變頻設備自身的使用壽命長，損耗低，日常維護量少。同時能夠降低原用電設備的維護量。
(4)變頻設備操作方便、不改變原用電設備操作工的操作習慣。操作工在簡單培訓后就可以熟練操作變頻設備。
(5)為了滿足未來煤礦的發(fā)展需要，變頻設備容量留有一定的富裕。
二、改造方案的確定
經(jīng)過論證分析，確定了采用功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器根據(jù)井下負壓值連續(xù)控制主通風機的風量的節(jié)能方案，利用1臺變頻器同時拖動1臺對旋風機的2臺電機，2臺對旋風機可以分時使用變頻。
1 、風量調(diào)節(jié)方式的選擇
礦井生產(chǎn)過程中，井下對風量的需求和通風網(wǎng)絡特性經(jīng)常發(fā)生變化，需要經(jīng)常調(diào)節(jié)風機的工況點以適應生產(chǎn)要求?！睹旱V安全規(guī)程》對煤礦井下的通風量有具體規(guī)定，小了不能滿足要求，大了會使采煤工作面粉塵加劇而且浪費能源，操作工人通過觀察井下的負壓值高低來判斷風量是否適合。
原系統(tǒng)主通風機的風量調(diào)節(jié)主要是改變?nèi)~片安裝角度和節(jié)流調(diào)節(jié)，但是節(jié)流調(diào)節(jié)會造成能源浪費；改變?nèi)~輪葉片安裝角度一方面需停機操作，另一方面也會使風機效率發(fā)生變化，通常需調(diào)節(jié)的幅度較大時才采用。只有根據(jù)負壓值變化自動調(diào)節(jié)轉速的方式不改變風機的效率，在各個工況點實現(xiàn)不停機調(diào)節(jié)風機高效狀態(tài)下運轉。
2 、調(diào)速方式的選擇
(1)液力耦合器在電機和負載之間串人一個液力耦合裝置，通過液面的高低調(diào)節(jié)電機和負載之間耦合力的大小，實現(xiàn)負載的速度調(diào)節(jié)。這種調(diào)速方法實質(zhì)上是轉差功率消耗型的做法，其主要缺點是隨著轉速下降效率越來越低，并且維護工作量大。
(2)串級調(diào)速 串級調(diào)速必須采用繞線式異步電動機，將轉子繞組的一部分能量通過整流、逆變再送回到電網(wǎng)，而現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場幾乎都采用鼠籠式異步電動機，更換電機非常麻煩。這種調(diào)速方式的調(diào)速范圍一般在70％ ～95％，調(diào)速范圍窄。容易造成對電網(wǎng)的諧波污染，功率因數(shù)低；串級調(diào)速電機受轉子滑環(huán)的影響，大功率無法實現(xiàn)；滑環(huán)維護工作量大；屬于落后技術。
(3)變頻調(diào)速方式(根據(jù)公式n=60f(1一s)／P)通過高壓變頻器改變電源頻率來調(diào)節(jié)三相異步電機的轉速。這種調(diào)速方式調(diào)速范圍寬、設備使用壽命長、自身能耗低、日常維護量少。缺點是設備造價比較高，但是隨著高壓變頻器大規(guī)模的推廣，其造價正在逐步降低。通過以上分析可見高壓變頻方式最為合適。
3 、高壓變頻器種類的選擇
高壓變頻技術由于現(xiàn)有的電力電子器件耐壓不足，所以每臺產(chǎn)品均需要使用大量的電力電子器件。這些器件組合的多樣性，使得高壓變頻電路組合也很多，當前常用的高壓變頻器主要有以下幾類技術
方案：
(1)高低高方式
即變頻器為低壓變頻器，采用輸入降壓變壓器，先把電網(wǎng)電壓降低，然后采用1臺低壓變頻器實現(xiàn)變頻；對于電機，則有2種辦法：①改用低壓電機；②仍采用原來的高壓電機，需要在變頻器和電機之間再增加1臺升壓變壓器，即高一低一高變頻方式。這種做法由于采用低壓變頻器，容量也比較小，對電網(wǎng)側的諧波較大。
(2)三電平電壓型高壓變頻調(diào)速方式
三電平電壓源型高壓變頻技術通過獨特的二極管鉗位(或者其他的鉗位)方法，可以使系統(tǒng)的輸出電壓增加一個電平，與兩電平相比較，這種方式的相電壓可以有3個電平輸出，故稱為三電平。同時每個電力電子器件所承受的耐壓只有直流母線電壓的一半，所以采用這種方式，可以使電力電子器件的耐壓要求降低一半，當采用一些高壓的全控型器件，如高壓IGBrI1、IGCT、ⅢCI1、GTO晶閘管時，可以直接實現(xiàn)高壓輸出。由于控制上難度較大，這種方法目前應用比較少，技術尚不成熟，所以不采用。
(3)功率單元串聯(lián)式多電平高壓變頻方式
功率單元串聯(lián)式多電平高壓變頻產(chǎn)品是在輸入端設置1臺輸入隔離變壓器，將輸入高壓交流電變成多組低壓交流電，每組低壓交流電分別輸入到1個功率單元，經(jīng)整流濾波為直流電后，再經(jīng)逆變成為交流電，各功率單元的交流信號在逆變側串聯(lián)成為高壓交流輸出供給高壓電動機。為了減少輸入諧波，變壓器的每個二次繞組的相位1次錯開1個角度，形成多脈沖、多重化整流方式。其逆變輸出采用多重PWM方式，輸出諧波非常小。這種方式采用低壓器件實現(xiàn)高壓變頻輸出，器件無需串聯(lián)，輸入輸出諧波非常小，是一種成熟穩(wěn)定的高壓變頻技術。
本次改造選用的就是功率單元串聯(lián)式多電平高壓變頻器產(chǎn)品。
4 、控制方式的選擇
由于進行的是設備節(jié)能改造，所以在保證穩(wěn)定性的前提下，成本是優(yōu)先考慮的。一拖二方式在性能上基本與一對一方式相同，工程造價上降低50％以上的費用。以下是2種方式的介紹：
(1)一對一的方式
一對一的方式即變頻器與電機一對一方式。由于對旋風機為2臺風機首尾相對放置，那么1臺對旋風機就需要2臺變頻器。這種方式的優(yōu)點是控制簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。由于4OO kW以下的高壓變頻器原材料成本幾乎一樣，所以這樣的工程造價將非常大。如果把備用的對旋風機也全部配齊的話，整個工程造價將又翻一倍。
(2)一拖二的方式
一拖二方式就是1臺變頻同時拖動1臺對旋風機的2臺電機，2臺對旋風機可以分時使用該變頻器。這種方式缺點是控制系統(tǒng)復雜，安裝調(diào)試時間長。但是優(yōu)點是整個工程造價低(比一對一方式降低一半以上費用)，設備使用率高。
三、高壓變頻設備介紹
通過對各方面比較，決定采用高壓變頻器對主通風機進行改造。選用了深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)CHH100-1600-10的高壓變頻器。
(1)高壓變頻器的主要性能指標
| 變頻器容量／kVA | 1900 |
| 輸入頻率／Hz | 0～50 |
| 額定輸入電壓／kV | 10．0(±10％) |
| 輸出頻率范圍／Hz | 一50～+50 |
| 過載能力／％ | 120(1 min)；150立即保護 |
關于英威騰：
英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領先、受人尊敬的電氣傳動、工業(yè)控制、新能源領域產(chǎn)品與服務供應商，2010年在深交所A股上市。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業(yè)，總部員工1100多人，國內(nèi)、外辦事處30余個，控股子公司9家，業(yè)務涉及電氣傳動、工業(yè)自動化、新能源、軌道交通牽引、礦用防爆、能源管理、樓宇智能等領域。在基礎業(yè)務變頻器領域，英威騰占據(jù)國內(nèi)領先地位，擁有覆蓋高、中、低壓通用及各行業(yè)專用豐富的產(chǎn)品系列，產(chǎn)品在市政、塑膠、油田、化工、冶金、紡織、機床、礦山等行業(yè)廣泛應用，產(chǎn)品銷售遍布全球60多個國家和地區(qū)。
更多詳情，請訪問深圳市英威騰電氣股份有限公司官網(wǎng)www.invt.com.cn
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
新聞聯(lián)系：
英威騰市場部 付先生
Tel：0755-86312964 Email：marketing@invt.com.cn
