孫村礦北風井變頻改造案例

一、用戶簡介
新汶礦業集團公司孫村煤礦于1948年建礦投產，礦井設計生產能力60萬噸，現有地質儲量1.2億噸，可采儲量8000多萬噸，開采垂深達1300米，是目前全國開采最深的礦井之一。建礦50多年來，孫村煤礦共生產原煤4000多萬噸，上繳利稅3億多元。最近幾年來，孫村礦積極響應國家倡導的“節能減排”政策，決定對包括北風井主通風機進行變頻節能改造。

二、一次回路技術方案
孫村煤礦現場有兩臺風機，一備一用，并且要求每個月要調換一次，以使風機和電機的運行狀況相似，并且現場為雙母線供電，要求通過增加的變頻器和切換柜，自由切換風機和供電母線，并且在變頻器故障時可以將變頻器旁路，工頻運行。

表一 北風井風機電機參數

1#風機		2#風機
型號	G4-73-No.28D	型號	G4-73-No.28D
額定流量	101-189m3/s	額定流量	101-189m3/s
額定壓力	653-463mmH2O	額定壓力	653-463mmH2O
軸功率	1063kW	軸功率	1063kW
型號	YR1250/1430	型號	YR1250/1430
額定功率	1250kW	額定功率	1250kW
額定電壓	6000V	額定電壓	6000V
額定電流	146A	額定電流	146A
功率因數	0.8	功率因數	0.8
現有調節方式	入口導葉調節	現有調節方式	入口導葉調節
實際壓力	2990Pa	實際壓力	2890Pa
實際流量	132.86 m3/s	實際流量	129.94 m3/s
實際電流	97A	實際電流	93A
實際電壓	6500V	實際電壓	6500V
實際電功率	874kW	實際電功率	837kW

在原來設備的基礎上，增加變頻器（HIVERT-Y06/154）一臺，增加風機出現柜兩臺1#、2#，增加變頻進線柜（采用真空斷路器和微機保護等）一臺。所選用的高壓柜為無錫軍工的KYGC礦用一般型高壓真空配電裝置，變頻進線柜為帶微機保護裝置，高壓變頻器型號為HIVERT Y06/152。變頻器的主要參數根據要求，設計方案一次回路如下圖所示：


三、二次回路技術方案
可以看出，在這個操作過程中稍有不慎，就會造成變頻器返送電引起變頻嚴重損壞的后果，所以應在聯鎖保護方面做到嚴密、周全，盡量把每種可能出現的誤操作都考慮到。這可通過多做了幾個聯鎖來解決，當然，這其中包括一些平時調試時的基本聯鎖。下面作一一介紹。

1、變頻器與變頻進線柜的聯鎖

2、變頻器與1#2#出線柜的聯鎖
一般情況下，變頻器的出線不允許接斷路器接觸器之類的自動分斷設備，原因就是在變頻器帶負載的過程中，不管電流多大，如果瞬間拉斷負荷的話，會產生操作過電壓，瞬間產生比6KV可能要高很多的電壓，這樣的電壓對電網和電機沒什么影響，但對于變頻器來說可能會造成IGBT損壞。反之，在變頻已經有輸出時再合出線柜，那瞬間的過電流也會造成變頻器損壞，所以做連鎖的目的是為了變頻運行的情況下既不能合閘也不能分閘。

變頻器與1#2#出線柜的聯鎖還有：變頻器有故障或非正常停機時，變頻器自動跳1#2#出線柜

將分閘信號并在運行閉鎖前，也是考慮到保護變頻器的原因。這樣保證在分斷1#2#出線柜時，變頻器已在無輸出狀態。

3、1#與2#出線柜之間的聯鎖
一是工況不允許兩臺電機同時運行，二是考慮到變頻器容量的問題，因此1#2#出線柜不能同時合閘

并在運行閉鎖前

4、1#，2#風機啟動板分別對1#,2#出線柜和變頻進線柜的聯鎖
現場的高壓柜（也叫風機啟動板）是一種油開關，只要手動把油開關的手柄推上去就可以了，當有故障時，也只是將故障點接在無壓釋放的點，將油開關中的油卸掉回路斷開，所以操作回路無需控制電，這是一種純手動的操作，所以按照常規保護是無法做的。但由于對方保護回路的電取自電壓互感器變電，只要將風機啟動板的上隔離推上去，控制回路即連通了。鑒于這樣的情況，在柜內加裝一個110V的中間繼電器（互感器是6KV變110V），一般情況下，上隔離刀閘是落下來的，只有工頻啟動風機時才將其投上，所以，只要把上隔離刀閘投上，繼電器就會動作，然后把信號傳給1#2#出線柜和變頻進線柜，將其分斷，這樣就有效避免了返送電的誤操作。并且分斷的順序是先分斷變頻進線柜，變頻器停止運行后然后再將1#2#出線柜分斷，通過把分閘信號并在運行閉鎖前，可以保護變頻器免受操作過電壓的傷害。

5、1#2#風機頻敏電阻的短接輔助節點對變頻進線柜的聯鎖
現場轉子回路串接了頻敏電阻，以解決風機工頻啟動時的沖擊電流，等風機全速運行后再將電阻短接，但是用變頻后，頻敏電阻不用再串接進去，可以直接將其短接。所以將頻敏電阻的短接輔助節點與變頻進線柜聯鎖起來，用來防止變頻初投后操作順序變更引起操作工的不習慣而忘了先短接頻敏電阻。

四、 節能計算分析
1、理論節電率
1#風機的軸功率為874kW，入口導葉的角度為33.75度，實際流量132.86 m³/s。流量的百分比為：132.86/189=70.3%，因實際的測算可能有誤差，估計流量百分比在70.3%～80%之間，按著80%保守計算，通過查表，得出功率減少約20%，因工況的變化，估計節能點在15%～25%之間，節電874＊（0.15～0.25）=131.1～218.5kW。
2#風機的軸功率為837kW，入口導葉的角度為33.75度，實際流量129.94 m³/s。流量的百分比為：129.94/189=68.8%，因實際的測算可能有誤差，估計流量百分比在68.8%～80%之間，按著80%保守計算，通過查表，得出功率減少約20%，因工況的變頻器，估計節能點在15%～25%之間，節電837＊（0.15～0.25）=125. 5～209.25kW。
綜上所述，按節電為120～190kW左右，按著電費為0.58元/度，一年365天計算，（120～190）＊24＊365＊0.58=60.9～96.5萬元。

2、實際節電率
變頻器運行后，經過幾個月的運行，在滿足工藝要求的情況下取得了很好的節電效果，現以1#實際測試的用電表數據為準。

表二 2008年3月26日有功表的讀數

26日	02:00	04:00	06:00	08:00	10:00	12:00	合計	備注
（度）	287.5	288.1	288.7	289.3	289.9	290.5
26日	14:00	16:00	18:00	20:00	22:00	24:00
（度）	291.1	291.7	292.3	292.8	293.4	294.0	7	讀數值
27日	02:00	04:00	06:00	08:00	10:00	12:00
（度）	294.3	294.9	295.5	296.0	296.6	297.2
27日	14:00	16:00	18:00	20:00	22:00	24:00
（度）	298.1	298.7	299.3	299.9	300.5	301.1	7	讀數值

PT比值為6000﹕100；CT比值為200﹕5，則合計的倍率為2400﹕1
每天電耗為7＊2400=16800kW
單機電耗為16800kW/24（小時）=700kW
實際節電為874 kW -700 kW =174＊24＊365＊0.58=88.4萬元

五、結論
變頻改造以后，由于電動機的變頻軟啟動可提供高的啟動轉矩且平滑無沖擊，避免了在啟動過程中轉子繞組及阻尼繞組承受很高的熱應力和機械應力，延長了電機和風機的使用壽命，并且對電網沒有任何的沖擊。另外調節風門全開，使風門工作安全特性變好，通過調節電動機轉速來實現風量的調節，減少了風門的阻力損耗，提高了系統效率。多種因素表明，變頻調節方案是一種經濟實用的改造方案。