礦用風(fēng)機高壓變頻技術(shù)的節(jié)能應(yīng)用

摘 要：工業(yè)能耗在我國能源消耗中占比較重，風(fēng)機是其中的能耗高的設(shè)備之一，部分能耗為無用功。為提高風(fēng)機效率、降低能耗，突出對風(fēng)機進行變頻改造。通過對改造效果良好，值得推廣。

關(guān)鍵詞：高壓變頻;風(fēng)機;節(jié)能;應(yīng)用

1 高壓變頻器在風(fēng)機中的應(yīng)用方案

1.1 風(fēng)機高壓變頻調(diào)整方案

1.1.1 一拖一動

一拖一動方案的原理如圖1-a所示，其中QS1、QS2與QS3為高壓隔離開關(guān)，這三個開關(guān)在工作時不能出現(xiàn)全部閉合的狀態(tài)。在進行變頻調(diào)節(jié)時，QS3斷開，其他兩個開關(guān)閉合，此時變頻器開始工作，對風(fēng)機進行變頻調(diào)節(jié)，但當(dāng)變頻器故障或需要對風(fēng)機進行檢修時，則將QS3閉合，另兩個開關(guān)斷開，此時變頻器電路切斷停止工作，風(fēng)機恢復(fù)到工頻運行狀態(tài)。此狀態(tài)下風(fēng)機的工作方式與未進行改造前一致，但檢修員可以進行風(fēng)機或變頻器的檢修工作，從而確保檢修人員的安全，防止觸電事故。

1.1.2 一拖兩動

一拖二動方案如圖1-b所示，QS1-QS6為高壓隔離開關(guān)，其中QS2與QS3、QS5、QS6存在電氣鎖，而QS1與QS4-QS6存在機械鎖。而M1和M2則為風(fēng)機的變頻與工頻運行部分，這種方案在保留一拖一動的優(yōu)勢時還可以延長電動機的使用壽命。

1.2 調(diào)整后的效果

該企業(yè)最終選擇一拖二動方案改造風(fēng)機，該風(fēng)機原先以最大功率240kW運行，根據(jù)測算，電動機在通風(fēng)壓力較大的時段時，工作效率大約為75%，但當(dāng)通風(fēng)壓力較小時，電動機的工作效率只有30%。而改造完畢后，電動機在通風(fēng)壓力較小時可自動降低轉(zhuǎn)速，從而提升工況點，經(jīng)過測算，改造后的電動機在通風(fēng)壓力較小時的工作效率提升到了65%，相較于之前有顯著提升。節(jié)電量方面，改造前該風(fēng)機全年平均耗電量為3.36×106kWh，而改造后則降低到了2.31×106kWh，節(jié)電效果達31%，可以證明高壓變頻技術(shù)在風(fēng)機節(jié)能方面具有顯著效果。

1.3 經(jīng)濟效益

1.3.1 電費

按照電費平均0.5元/kWh計算，改造后每年可以節(jié)省電費52萬元，而安裝變頻器所需的經(jīng)費，包括購買變頻器以及安裝所需的人工費、交通費等共計130萬元，則該企業(yè)在第三年時便可以通過節(jié)省的電費收回成本，而變頻器的實際工作壽命遠超過此，因此高壓變頻技術(shù)可長期為該企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

1.3.2 隱形成本

在應(yīng)用高壓變頻技術(shù)后，除了可以節(jié)省電費外，還可以有效延長風(fēng)機的工作壽命，按照原先風(fēng)機以最大功率工作時的壽命計算，采用高壓變頻技術(shù)最多可以延長風(fēng)機工作壽命達30%。此外，風(fēng)機工作中故障率降低可以節(jié)省大量維修成本和因風(fēng)機停機影響生產(chǎn)所需的成本。

2 煤炭企業(yè)高壓變頻風(fēng)機的應(yīng)用經(jīng)驗

2.1 管道“塌料”導(dǎo)致風(fēng)機過流的防止

煤炭企業(yè)用于排煙的風(fēng)機經(jīng)常出現(xiàn)因粉塵吸附導(dǎo)致的管道內(nèi)粉塵增多，當(dāng)粉塵增多到一定程度時，便會造成風(fēng)機內(nèi)部出現(xiàn)高溫負荷，甚至停機。大多數(shù)采用國內(nèi)研發(fā)的“瞬態(tài)尖峰負荷差分控制技術(shù)”，利用高壓變頻器對風(fēng)機的軟硬件進行優(yōu)化調(diào)節(jié)，通過控制風(fēng)機的運轉(zhuǎn)負荷的方式，避免了風(fēng)機長時間高負荷運轉(zhuǎn)導(dǎo)致的管道內(nèi)灰塵堵塞而引起停機現(xiàn)象，保障了煤炭企業(yè)的正常生產(chǎn)。

2.2 對原配液耦和水阻的處理

在利用高壓變頻器進行風(fēng)機的改造時，可根據(jù)風(fēng)機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同選擇適合的安裝方式。采用繞線式電機轉(zhuǎn)子的風(fēng)機，可采用將轉(zhuǎn)子短接的方式，使轉(zhuǎn)子的滑環(huán)中不通過電流，降低了轉(zhuǎn)子因電流過大而燒毀的概率;而對于采用液力耦合器風(fēng)機，可利用與之規(guī)格相近的聯(lián)軸器代替液力耦合器，在實際安裝高壓變頻器時，僅需將原先的液力耦合器拆除后安裝制定的聯(lián)軸器即可完成工作。這種安裝方式對風(fēng)機電機以及其他部分的改動幅度較小，安裝的成本較低，對風(fēng)機運行的調(diào)試也更加方便。

2.3 新安裝風(fēng)機的電機的選擇

在風(fēng)機中安裝級聯(lián)式高壓變頻器后，在后續(xù)安裝新的風(fēng)機時，其電機可以選擇普通型號的異步電機，而無需選擇專用的變頻電機。具備變頻功能的電機的采購成本要遠高于一般的異步電機，而級聯(lián)式高壓變頻器具備動態(tài)調(diào)節(jié)普通異步電機的功率的能力，而國內(nèi)所生產(chǎn)的主流的高壓變頻器采用的電路拓撲結(jié)構(gòu)使得其所產(chǎn)生的電流諧波較小，滿足一般電機的工作需求。

2.4 電源質(zhì)量對高壓變頻器的影響

煤炭企業(yè)一般在遠離城市的偏遠區(qū)域，經(jīng)常出現(xiàn)供電問題，供電的質(zhì)量往往不高，以此在對風(fēng)機進行高壓變頻技術(shù)的應(yīng)用時，需要考慮到其電源適應(yīng)性的問題。而目前國內(nèi)所生產(chǎn)的高壓變頻器中采用的電路拓撲技術(shù)可以較好地解決因電源不穩(wěn)定導(dǎo)致的高壓變頻器工作問題。采用電路拓撲技術(shù)的高壓變頻器具備單元故障旁路、工頻旁路、停電自動啟動、相間短路保護等技術(shù)，可保證高壓變頻器工作在電源質(zhì)量不穩(wěn)定的地區(qū)，滿足不同行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)對設(shè)備的可靠性要求。

2.5 高壓變頻器的諧波干擾

輸入高壓變頻器中的電流往往帶有諧波，而這些諧波如果不加處理，可能會對變頻器造成干擾，如果輸入變頻器的電流諧波過大，可能造成供電系統(tǒng)的繼電保護裝置的誤動作，導(dǎo)致大面積停電;對生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的其他電子設(shè)備造成影響，使計算機之類的電子設(shè)備無法正常工作，干擾生產(chǎn)作業(yè)的進行;使電容、電動機等電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波效應(yīng)，增大其功耗，浪費電能或?qū)е略骷蜻^熱損壞等，因此在應(yīng)用高壓變頻器時，必須嚴(yán)格控制輸入電流的諧波。

對于輸入變頻器的電流，應(yīng)當(dāng)保證其穩(wěn)態(tài)總諧波含量不超過10%，奇次諧波不超過5%，偶次則不超過2%。同時，對高壓變頻器的控制線接地，在布線是注意相鄰線路間的距離不要過小，對于靠近儀表等電子元件的線路應(yīng)當(dāng)加裝屏蔽線等。

3 結(jié)語

高壓變頻技術(shù)是一種應(yīng)用于電氣設(shè)備的變頻節(jié)能技術(shù)。高壓變頻技術(shù)在電動機變頻中的方式有一拖一動和一拖二動兩種。

參考文獻：

[1]蔣衛(wèi)良，楊生華，芮豐華.高壓變頻器和在煤礦帶式輸送機上的應(yīng)用[J].煤炭工程，2018，50（11）：67-70.

作者簡介：

張強（1981- ），男，河北邢臺人，本科，畢業(yè)于太原理工大學(xué)，機電工程師。