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利德華福高壓變頻器在煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)的應(yīng)用———利德華福高壓變頻器在煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)的應(yīng)用
北京利德華福電氣技術(shù)有限公司

  1 前言
  重慶打通一礦現(xiàn)在年產(chǎn)量1500kt/a,按重慶能投(集團(tuán))公司規(guī)劃,打通一礦將逐步實(shí)現(xiàn)2400kt/a的原煤生產(chǎn)量。隨著產(chǎn)量逐步的增加和開采水平的延伸,礦井瓦斯涌出量和回采后的瓦斯涌出量越來越大,嚴(yán)重制約著礦井的安全生產(chǎn)和發(fā)展,而采用瓦斯抽放泵抽取采空區(qū)涌出的瓦斯,能有效的控制采煤工作面和回風(fēng)系統(tǒng)的瓦斯量,使其不超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,保證礦井的生產(chǎn)。

  對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽放時(shí),如果抽放量過大,將使工作面新鮮風(fēng)進(jìn)入采空區(qū),造成采空區(qū)自然發(fā)火事故。如果抽放量偏小,又不能有效的控制工作面風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔怀^《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。為此,經(jīng)過考察對(duì)比,選擇北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A系列高壓變頻器對(duì)瓦斯抽放泵進(jìn)行調(diào)速控制,使瓦斯抽放達(dá)到最佳參數(shù)。既保證了采空區(qū)抽放的需要,又達(dá)到節(jié)能的效果。

  2 抽放系統(tǒng)的工藝及主要參數(shù)
  從采空區(qū)底板瓦斯巷道安裝直徑1000mm的瓦斯抽放管道至地面采空區(qū)抽放泵房,抽放泵采用SKA-720型水環(huán)式真空泵。抽放系統(tǒng)工藝見圖2.1。

圖2.1  抽放系統(tǒng)工藝示意圖
  相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下:
  2.1 水環(huán)式真空泵:

  型號(hào):SKA-720                       最大抽速: 635m3/min
  額定轉(zhuǎn)速:340r/min                  極限真空度:160MPa
    2.2 配用電動(dòng)機(jī):
  型號(hào):YB63052-4                       額定功率:900kW
  額定電壓:6kV                         額定電流:104.2A
  額定轉(zhuǎn)速:1483r/min                   功率因數(shù):0.87
  3 高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)方案
  3.1高壓變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
  HARSVERT-A系列高壓變頻器由移相變壓器、功率單元模塊和控制器組成。內(nèi)部十五個(gè)相同的功率單元模每五個(gè)模塊為一組構(gòu)成一相,分別對(duì)應(yīng)高壓回路的三相。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖3.1

圖3.1 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖


  移相變壓器的副邊繞組分為三組,構(gòu)成30脈沖整流方式,這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形,使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。

  功率單元是一種單相橋式變換器,為一種交-直-交單相逆變電路。由輸入干式變壓器的副邊供電,經(jīng)三相全橋整流、濾波電路濾波后由4個(gè)IGTB以PWM進(jìn)行控制,產(chǎn)生設(shè)定的頻率波形。每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)完全一致,可以互換。其電路結(jié)構(gòu)見圖3.2。當(dāng)某一單元出現(xiàn)故障時(shí),通過繼電器K閉合,可將此單元旁路出系統(tǒng)而不影響其他單元的運(yùn)行,變頻器可以持續(xù)降額運(yùn)行,通過這種旁路功能可以減少很多場(chǎng)合下停機(jī)造成的損失。

圖3.2 功率單元電路結(jié)構(gòu)圖
  3.2 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)
  根據(jù)瓦斯抽放泵電動(dòng)機(jī)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)需要,配置1臺(tái)高壓變頻器,其詳細(xì)參數(shù)如下:
  變頻器型號(hào):HARSVERT-A06/110
  適配電動(dòng)機(jī)功率:900kW
  額定輸出電流:110A
  輸入功率因數(shù):0.95(>20%負(fù)載)
  變頻器效率:額定負(fù)載下>0.96
  輸出頻率范圍:0.5Hz~120Hz
  輸出頻率分辨率:0.01Hz
  過載能力:120%1min,150%立即保護(hù)
  模擬量輸入:0~10V/4~20mA任意設(shè)定
  模擬量輸出:兩路0~10V/4~20mA可選
  加、減速時(shí)間:0.1~3000s
  控制開關(guān)量輸入/輸出:4路輸出/4路輸入
  冷卻方式:風(fēng)冷
  3.3 主回路方案    

圖3.3 電氣主回路原理圖
  瓦斯抽放泵與礦井主通風(fēng)機(jī)一樣是煤礦的主要設(shè)備,根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,采用雙回路電源供電,瓦斯抽放泵房?jī)?nèi)安裝2臺(tái)瓦斯抽放泵,1臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)完好備用。因此選用高壓變頻器一拖二方案。其電氣主回路原理如圖3.3。
  采用以上主回路方案,可以實(shí)現(xiàn)以下幾種運(yùn)行方式:
  ⑴ Ⅰ段母線電源供電,用變頻器運(yùn)行1#瓦斯抽放泵:由QS1、QF1、QS3、QS7組成。
 ?、?Ⅰ段母線電源供電,用變頻器運(yùn)行2#瓦斯抽放泵:由QS1、QF1、QS3、QS8組成。
 ?、?Ⅱ段母線電源供電,用變頻器運(yùn)行2#瓦斯抽放泵:由QS2、QF2、QS4、QS8組成。
 ?、?Ⅱ段母線電源供電,用變頻器運(yùn)行1#瓦斯抽放泵:由QS2、QF2、QS4、QS7組成。
  ⑸ Ⅰ段母線電源供電,用工頻運(yùn)行1#瓦斯抽放泵:由QS1、QF1、QS5組成。
 ?、?Ⅱ段母線電源供電,用工頻運(yùn)行2#瓦斯抽放泵:由QS2、QF2、QS6組成。
  3.4 高壓變頻器的安裝調(diào)試
 ?、?瓦斯抽放泵房抽取的是可燃易爆氣體,泵房?jī)?nèi)所有電氣設(shè)備均為礦用防爆設(shè)備,而高壓變頻器為非防爆產(chǎn)品,為此,將高壓變頻器與瓦斯抽放泵房隔離安裝在獨(dú)立的電控室內(nèi)。變頻器至電動(dòng)機(jī)采用高壓電纜敷設(shè)。
 ?、?安裝完畢系統(tǒng)空重負(fù)荷試車后,瓦斯抽放系統(tǒng)投入運(yùn)行,根據(jù)運(yùn)行情況分別對(duì)瓦斯抽放泵運(yùn)行在30Hz~50Hz進(jìn)行了參數(shù)考察,其考察參數(shù)(平均值)統(tǒng)計(jì)如表3.1:
  表3.1 瓦斯抽放系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

  4瓦斯抽放系統(tǒng)使用變頻器的效果分析
  4.1滿足了工況運(yùn)行的需要
  采空區(qū)抽放系統(tǒng),主要是為以滿足采煤工作面在回采過程中瓦斯不超過《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定,從而保證礦井的安全生產(chǎn)。根據(jù)考察,瓦斯抽放泵一般運(yùn)行在35Hz~45Hz之間,運(yùn)行頻率與采煤工作面和接抽尾排孔的距離有關(guān)。當(dāng)工作面推進(jìn)與接抽尾排孔較進(jìn)時(shí),運(yùn)行頻率較低,反之運(yùn)行頻率較高。通過定期測(cè)定采煤工作面瓦斯抽放參數(shù)進(jìn)行分析,確定瓦斯抽放泵的運(yùn)行頻率,以滿足采空區(qū)抽放的需要,即保證了回采工作面瓦斯不超限,工作面的安全工作環(huán)境得到保障;又能保證工作面的新鮮風(fēng)不進(jìn)入采空區(qū),避免采空區(qū)自然發(fā)火事故的發(fā)生。從而使回采工作面的原煤產(chǎn)量得到了很大的提高。
  4.2變頻器軟啟動(dòng)的效果
  瓦斯抽放泵電動(dòng)機(jī)功率大,如果采用直接啟動(dòng),啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),啟動(dòng)電流大,對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣有著較大的威脅,啟動(dòng)壓降對(duì)電網(wǎng)的影響較大,對(duì)設(shè)備的機(jī)械沖擊大。采用變頻器實(shí)現(xiàn)了瓦斯抽放泵的軟啟動(dòng)和軟停車,具有如下效果:
  ⑴ 消除了電動(dòng)機(jī)因啟動(dòng)和停車對(duì)設(shè)備的沖擊,延長(zhǎng)了瓦斯抽放泵以及電動(dòng)機(jī)的使用壽命;
 ?、?限制了啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊,減少了啟動(dòng)峰值功率損耗;
 ?、?瓦斯抽放泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降后,改善了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部位的潤(rùn)滑條件,降低了傳動(dòng)裝置的故障。
  4.3 變頻運(yùn)行的節(jié)能效果
  4.3.1 變頻運(yùn)行節(jié)能計(jì)算<