下载文档原格式
煤矿地面主通风机的变频控制方案徐闯发布时间：2023-07-03T05:28:22.849Z 来源：《中国科技信息》2023年8期作者：徐闯[导读] 煤炭作为人们生产生活必不可少的能源之一，近年来的需求量逐年增加，掘进工作量越来越大。
煤矿井下掘进环境极为复杂，存在各种有毒有害气体，严重威胁井下工作人员的健康和安全。
矿井主通风机作为煤矿井下关键通风系统，承担排出有毒有害气体，引入新鲜气体的重任，其工作的可靠性至关重要。
主通风机一旦出现故障，会给综采工作面产生巨大的安全隐患，甚至引起重大安全事故，现已引起了煤炭行业的广泛关注。
因此，针对某煤炭企业现有的主通风机控制系统尚无状态监测系统的问题，开展状态监测与故障预警系统设计与应用研究具有重要的意义。
基于此，本篇文章对煤矿地面主通风机的变频控制方案进行研究，以供参考。
中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆 400039摘要：煤炭作为人们生产生活必不可少的能源之一，近年来的需求量逐年增加，掘进工作量越来越大。
煤矿井下掘进环境极为复杂，存在各种有毒有害气体，严重威胁井下工作人员的健康和安全。
矿井主通风机作为煤矿井下关键通风系统，承担排出有毒有害气体，引入新鲜气体的重任，其工作的可靠性至关重要。
主通风机一旦出现故障，会给综采工作面产生巨大的安全隐患，甚至引起重大安全事故，现已引起了煤炭行业的广泛关注。
因此，针对某煤炭企业现有的主通风机控制系统尚无状态监测系统的问题，开展状态监测与故障预警系统设计与应用研究具有重要的意义。
基于此，本篇文章对煤矿地面主通风机的变频控制方案进行研究，以供参考。
关键词：煤矿；地面主通风机；变频控制方案引言煤矿通风系统是煤矿安全生产的重要组成部分之一，可以降低矿井中的瓦斯浓度，同时还可以加速矿井内的空气循环，为煤矿开采人员提供其必须的氧气，对提高巷道控制质量，保障矿井安全等具有重要意义，要求相关人员必须加强重视，从人、机、环境多方面入手，加强主通风机科学管理，降低矿井安全风险。
技术方案用户：山西马堡煤业有限公司项目：主扇风机变频器改造时间： 2013年8月27日一、HIVERT高压变频器性能特性HIVERT系列高压变频器采用先进的功率单元串联叠波技术，空间矢量控制的正弦波PWM 调制方法，新颖的全中文操作界面和高性能IGBT功率器件，可靠性高、性能优越、操作简便。
可应用于高压交流电动机驱动的风机、水泵类负载的调速、节能、软启动和智能控制等多种场合。
高质量电源输入：输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源。
对于10kV而言相当于48脉冲不可控整流输入，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。
变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足IEEE 519-1992和GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》对谐波含量最严格要求，无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰。
正常调速范围内功率因数大于0.96。
无需功率因数补偿电容，减少无功输入，降低供电容量。
完美的输出性能：单元脉宽调制叠波输出， 10kV系列每相8个单元，大大削弱了输出谐波含量，输出波形几近完美的正弦波。
输出电压波形输出电流波形友好的用户界面：HIVERT变频器采用中文LCD显示，面板轻触按钮直接操作，更适合国人使用习惯。
✧全中文文字表述，易学易用✧大屏幕显示，可对多组参数进行设置，没有烦琐的参数代码号，参数设置准确、直观、便捷✧运行参数同屏显示，一览无余✧状态显示✧可记录保存多达十个历次故障其他特性：✧高可靠性✧高效率，额定工况下，系统总效率高达96%以上，其中变频部分效率大于98%✧功率单元模块化结构，可以互换，维护简单✧限流功能✧飞车起动功能✧输出电压自动调整✧宽广的输入电压范围，更适合国内电网条件✧功率单元光纤通讯控制，完全电气隔离✧内置PID调节器，可实现闭环运行✧隔离RS485接口，采用Ethernet/IP、MODBUS、PROFIBUS等通讯规约✧具有本地、远程、上位三种控制方式✧全面的故障监测电路、及时的故障报警保护和准确的故障记录保存二、AKYJC-4风机在线监控系统主扇风机是煤炭矿井安全生产的关键设备之一。
******有限公司矿井主扇改造方案****有限公司通风部2018年3月20日*****煤业矿井主扇改造方案一、矿井主扇改造原因说明（一）矿井生产任务及采掘部署计划根据集团公司及地煤公司2018年原煤生产任务总体要求，安平煤业公司2018年计划生产原煤300万吨。
为保证矿井本年度生产任务完成及后三年采掘接替不至于失调，由技术部编制了2018年矿井采掘部署及计划：1、采煤计划2018年计划安排综采队、综采预备队两个队组完成全年的采煤生产任务（搬家、准备及正常采煤）。
（1）综采队：计划完成5-1#层一盘区8117工作面回采煤量135万吨；8118工作面90万吨。
（支架型号：ZF13000/23/42）（2）综采预备队：计划完成5-1#层一盘区8116工作面回采煤量7万吨；8110工作面56万吨。
(支架型号：ZF6400/16/32）2、掘进计划2018年计划安排六个掘进队组进行井巷工程施工，详细安排如下：（1）机掘一队：计划完成2121运输巷692米，巷道规格：5.5米×3.5米；5121回风联络巷616米，巷道规格：4.5米×3.7米；5121联络巷回风绕道34米，巷道规格：3.2米×3.1米；5121联络巷辅助运料巷31米，巷道规格：4.2米×3.7米；5121回风巷495米，巷道规格：4.5米×3.7米；8121工作面补切眼126米，巷道规格：4.3米×3.5米；8121工作面切眼200米，巷道规格：10米×3.5米；5121补回风巷270米，巷道规格：4.5米×3.7米。
（2）机掘二队：计划完成2118运输巷30米，巷道规格：5.5米×3.5米； 8118工作面切眼巷200米，巷道规格：10米×3.5米；5115回风巷516米，巷道规格：4.5米×3.7米；2115运输巷622米，巷道规格：5.5米×3.5米；2115回风绕道47米，巷道规格：3.2米×3.1米；8115工作面切眼巷183米，巷道规格：10米×3.5米。
矿用主扇风机变频改造技术参数技术参数及方案主扇风机变频改造技术参数1 概述风机房内装备：轴流式对旋通风机两台及配套电控装置，每台轴流式对旋通风机由两级电动机驱动，双电源供电，系统中性点不接地。
1.1风井基本参数通风容易时期风量101.4m3/s、负压764.5Pa，静压效率72.6%；通风困难时期风量109m3/s、负压1735.4Pa，静压效率83%。
1.2使用条件及地点●周围环境温度：最高温度+55℃，最低温度-25℃；●海拔高度＜1000 m；●环境相对湿度（日平均）＜95%，（月平均）＜90%；●地震烈度＜8度。
2 项目范围及总体要求2.1项目范围主通风机供电系统变频调速装置控制系统2.2总体要求系统建设总体原则1可靠性优先2传动系统与控制系统采用冗余设计3控制系统采用分布式体系结构，分散控制集中管理，实行分域控制便于实现故障隔离与管理3 系统配置及功能3.1 主通风机3.1.1参数采用防爆对旋轴流式通风机，基础数据如下：风机型号：FBCDZ54-10-№26/2×160kW风量： 101.4-109m3/s负压： 764.5-1735.4Pa静压效率：72.6%-83%电机型号：YBF355L-10额定电压：660V额定功率：160kW转速：580 r/min电机数量：4台额定电流： A3.1.2要求电机内置加热回路、PT100电阻测温元件，与低压控制柜加热器控制接触器配合，实现电机恒温控制，以防止电机空置期间受潮。
每台风机配备１套振动测量变送器。
该套变送器分为垂直方向和水平方向两个振动变送器，给出4～20mA信号至PLC，实现风机振动参数的监测3.2供电系统采用660V双母线分段结构，双回路供电，详见供电系统图。
3.2.1变压器：采用干式整流变压器，额定容量630kVA，变比6/0.66，户内箱式安装，Yy0（d11）接线，冷却方式为自然风冷。
配置温度控制装置及冷却风机，并实时监测变压器温升，配置通讯接口上传监控系统。
煤矿主风机变频电控系统节能改造方案一、概述煤矿巷道通风系统，在煤矿的安全生产中起到至关重要的作用，主通风机作为煤矿通风系统中的重要设备，通常采用直接启动、降压启动或者采用电力电子技术的交流电机软启动方式。
近年来，随着电力电子技术、大功率半导体技术以及计算技术的飞速发展，煤矿增产、降耗、提效被提到了重要的位置，设备节能改造势在必行。
变频调速技术以其优异的调速和启动性能，高效率、高功率因数、节电显著和应用范围广泛等诸多优点而被认为是最有发展前途的调速方式之一。
在煤矿巷道通风系统中，随着煤矿开采及掘进的不断延伸，巷道延长，矿井所需的风量不断增加，风机所用功率也将逐渐加大。
集结地交替，冷热的变化，所需的风量也不断调节，由此，煤矿原根据反风及开采后期运行工况所设计的通风机及拖动的电动机的功率，通常要比煤矿正常生产所需要的运行功率高。
存在以下问题：1、电能的严重浪费煤矿的服务年限大多在60年以上，投产初期到井田稳定开采一般在10年左右，这就意味着在这10年的时间里，主通风机一直处在较轻负载下运行。
在传统的技术条件下，由于电机的转速不可以调节，只能通过改变风机叶片或挡风板的角度进行风量调节。
因此造成能源浪费，增加生产成本。
2、启动困难，机械损伤严重主通风机若采用直接启动，启动时间长，启动电流大，对电动机的绝缘有着较大的威胁，严重时甚至烧坏电动机。
而电机在启动过程中所产生的机械冲击现象使风机产生较大的机械应力，会严重影响到电动机、风机及其它机械的使用寿命。
3、自动化程度低主通风机依靠人工调节风机叶片或挡风板角度调节风量，不具备风量的自动实时调节功能，自动化程度低，检测点少。
在故障状态下，不能及时和风机联动，将对矿井正常生产造成严重影响。
为了矿井的安全生产和降低生产成本，提升该煤矿的自动化水品，对主扇风机进行改造具有非常重要的意义。
根据用户现场情况及现代工业自控技术的发展趋势，系统配置方案为智能低压变频调速控制设备。
主扇风机变频改造技术参数
1 概述
风机房内装备：轴流式对旋通风机两台及配套电控装置，每台轴流式对旋通风机由两级电动机驱动，双电源供电，系统中性点不接地。
1.1风井基本参数
通风容易时期风量101.4m3/s、负压764.5Pa，静压效率72.6%；通风困难时期风量109m3/s、负压1735.4Pa，静压效率83%。
1.2使用条件及地点
●周围环境温度：最高温度+55℃，最低温度-25℃；
●海拔高度＜1000 m；
●环境相对湿度（日平均）＜95%，（月平均）＜90%；
●地震烈度＜8度。
2 项目范围及总体要求
2.1项目范围
主通风机
供电系统
变频调速装置
控制系统
2.2总体要求
系统建设总体原则
1可靠性优先
2传动系统与控制系统采用冗余设计
3控制系统采用分布式体系结构，分散控制集中管理，实行分域控制便于实现故障隔离与管理
3 系统配置及功能
3.1 主通风机
3.1.1参数
采用防爆对旋轴流式通风机，基础数据如下：
风机型号：FBCDZ54-10-№26/2×160kW
风量： 101.4-109m3/s
负压： 764.5-1735.4Pa
静压效率：72.6%-83%
电机型号：YBF355L-10
额定电压：660V
额定功率：160kW
转速：580 r/min
电机数量：4台
额定电流： A
3.1.2要求
电机内置加热回路、PT100电阻测温元件，与低压控制柜加热器控制接触器配合，实现电机恒温控制，以防止电机空置期间受潮。
每台风机配备１套振动测量变送器。
该套变送器分为垂直方向和水平方向两个振动变送器，给出4～20mA信号至PLC，实现风机振动参数的监测
3.2供电系统
采用660V双母线分段结构，双回路供电，详见供电系统图。
3.2.1变压器：采用干式整流变压器，额定容量630kVA，变比6/0.66，户内箱式安装，Yy0（d11）接线，冷却方式为自然风冷。
配置温度控制装置及冷却风机，并实时监测变压器温升，配置通讯接口上传监控系统。
3.2.2低压柜：GGD型，共9台。
进线柜：两台，660V电源进线
变频柜：四台，采用西门子G130变频器或AB同规格进口变频器
联络柜：一台，双母线联络
风机控制柜：两台，电压380V，配置PLC以及UPS电源，为控制系统供电，并有四路备用出线，和四路加热回路
要求：
a．柜体采用GGD柜型，上进线、下出线，中置式，外壳防护等级应不低于IP40。
b．柜内主要元器件采用国内知名品牌；
c．进线柜使用隔离开关为检修时断开电源用，使用智能型断路器对线路进行保护；
d．联络柜使用隔离开关作为两路电源互联时连接使用，不允许两路电源进线合闸后同时合隔离开关；
e．风机控制柜为两个风门电机和其他辅助回路提供电源和保护，电源电压AC380V，来自16区地面低压；
f．每台低压柜均装有多功能电量表，能够显示三相U、I、P、Q、S、COSφ、f 等综合电力参数，并通过RS485方式与监控系统通讯；
g．变频调速柜
变频调速柜是通过变频器对风机类负载电动机起动、控制及保护，该设备具有电动机必须的保护、报警装置。
3.3 变频装置
选用西门子或AB公司工程型变频装置，功率250kW，电压等级660V，输入频率47～63Hz，输出频率0～60Hz，功率因数≥95%。
其主要功能要求如下：
a.具备过电压、过电流、欠电压、缺相、变频器过载、电机过载、输出接地、输出短路、
转速跟踪再起动等相关保护功能。
b.控制方式为矢量控制，能够满足调整风量、风压等参数的需要。
c.具有跳频功能，能够避开机组共振频率点或风机的喘振区域。
d.具有多机同步功能，实现前后级电机动态跟随。
e.具有变频器及电机保护功能。
f.具有PROFIBUS/DP通讯接口，能够与S7-300 PLC通讯。
g. 各种保护参数通过以太网上传至上位机，设定保护报警功能。
h.正反转控制：变频状态下可实现自动换向功能。
工频状态下采用真空接触器实现反风条件下的电机反转运行。
3.4 控制系统
3.4.1风机控制分站
风机控制分站由两台分别实现对两台风机的控制并且具有以下功能：
自动、手动两种工作方式；
正向、反向两种通风方式；
自动、手动两种倒机方式；
垂直风门泵电机控制和上、下限位信号的检测；
蝶阀风门执行器的开、闭控制和到位信号的检测；
低压柜进线、联络的分、合闸控制；
变频器的正反向运行控制和运行参数监测；
可实现电机的按设定曲线软启动、跟踪启动和按设定曲线软停车；
变频调速柜正反向运行控制和有功功率、电流监测；
风机自动控制循环：提供风机变频启动、停机、保护控制、转速控制、故障切换、风门联动等功能。
3.4.2 监控操作台
1操作台功能与要求
操作台采用台式结构，造型美观、指示清晰、观察直观、操作方便。
两台风机操作按钮及显示器件（指示灯、仪表）各自分区设置，便于区分。
主、备用通风机选择开关，可选择1＃风机或2＃风机为主通风机。
抽风、反风选择开关。
自动、手动开机功能选择开关，要求在5分钟内自动倒机。
当选择手动时，通风机及其附属设备由各自的控制按钮起动、停止。
以上功能将不起作用。
试验按钮，试验操作台上的所有指示灯和报警电笛。
故障及报警解除按钮。
操作台上装有低压系统的起动、停止远控按钮，风门的开启、关闭及停车按钮。
操作台上须有每台电机的加热开关，便于在电机受潮时绝缘降低，对电机线圈进行加热。
操作台内要有电源互投装置，容量可满足照明、空调、换气扇、风门的控制、低压控制部分及其它的使用。
台面设测量仪表及运行状态指示（灯）及报警指示
实现风门和防爆门位置监控功能。
能够对数据进行采集、分析，以多种形式显示，并能传输到指定地点。
2监视功能及要求
监控主站采用工业控制计算机并具有以下功能：
监测两台风机的性能参数与电机的电气参数，如：矿井负压、风量、流量、全/静压、全/静压效率、轴功率、变频器的运行参数，电机的电压、电流、功率、绕组温度、轴承温度、转速等并能对监测数据实时显示、存储、查询、打印以及远程传输，报表自动生成、查询、打印；
用户权限管理：实现用户的分级、分权限、分类管理；
风门控制室内配置视频监控装置，实时上传操作台及风门状态等视频信息，方便司机监控操作；
在线监控系统根据风量﹑负压﹑电流﹑电压﹑功率﹑温度等参数，实现风机效率的准确计算和风机状态测量和控制；
系统的通讯监测结果实现局域网内或Internet上的数据共享，并使用通讯协议实现系统通讯。
供电由UPS电源和稳压电源为各种传感(变送)器和电阻信号及开关量触点信号提供直流电源；
操作台系统控制和故障报警处理；
操作台具有高低压柜的远程自／手动合分闸，能够手动给电机加热除湿，能够自／手动控制风门电机的开关停；高压系统报警、电机温度报警、风机风压、风量报警均能在界面上显示并音响报警，能够自动存储故障列表并打印；。
远程系统控制与故障诊断要求调度室在系统授权情况下可实施通风机远程系统控制；对风机进行远程故障诊断和风机系统管理；
与工业以太网联网，数据远传、远程监控；接入综合自动化系统
3.5 视频监控
监测点数8个，分别为风机处4个、防爆门1个、低压室1个、监控室1个及室外广场1个。
（1）图像调用功能
总控中心的系统可根据各种权限对所属联网网点的指定摄像机图像实时调用。
（2）硬盘录像机管理功能
（3）录像回放功能。
