1.工況簡介

　　李村煤礦位于山西長治長子縣，井田走向長5公里，傾斜寬8公里，總面積16.15平方公里，井田劃分為五個采區(qū)和一個備用區(qū)，井田內(nèi)含薄、中、厚煤層22個，其中可采和局部可采煤層17層，可采儲量1.36億噸。
　　礦井改擴建完成后，李村煤礦的原煤產(chǎn)量將達(dá)到240萬噸。煤礦開采遵循以風(fēng)定產(chǎn)的要求，有多大的風(fēng)量允許有多大的開采量，風(fēng)量隨煤的產(chǎn)量的增加而增加。在采煤作業(yè)中瓦斯隨著煤的開采不斷地涌出，涌出瓦斯與煤的開采量呈正比，而保障每個煤礦工人正常工作所需的新鮮空氣也與煤的開采量呈正比。因此為了煤礦生產(chǎn)安全、完成生產(chǎn)任務(wù)，所需風(fēng)量、風(fēng)壓隨著開采和掘進(jìn)的不斷延伸，巷道延長，及開采量的增加而增加，風(fēng)機需用功率也隨之增加。
　　李村礦原來的南翼風(fēng)機隨著掘進(jìn)的深入，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要，故對南翼主扇通風(fēng)進(jìn)行了改造，撤除了原南翼主扇，增設(shè)南二主扇，大幅度提高了井下的通風(fēng)能力。 

 
　　2.礦用主扇通風(fēng)機調(diào)速方案選擇

　　在煤礦生產(chǎn)中，所需風(fēng)量風(fēng)壓在不同階段有不同的要求，為滿足生產(chǎn)要求，煤礦通常采用以下幾種方法調(diào)節(jié)：
　　1)閘門調(diào)節(jié)；
　　2)改變通風(fēng)機速度；
　　3)改變前導(dǎo)器葉片角度；
　　4)軸流式通風(fēng)機改變動葉安裝角；
　　5)離心式通風(fēng)機調(diào)節(jié)尾翼擺角；
　　6)軸流式通風(fēng)機改變動葉數(shù)目；
　　7)軸流式通風(fēng)機改變靜葉角度。

　　其中以閘門調(diào)節(jié)效率最差，它是人為地改變阻力曲線，增加風(fēng)阻，越調(diào)節(jié)性能就越惡化；前導(dǎo)器調(diào)節(jié)和尾翼擺角調(diào)節(jié)效率比閘門要高；改變動葉安裝角和動葉數(shù)目，可改變風(fēng)機的特性曲線，使風(fēng)機在較大范圍內(nèi)以較高的效率運行，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。改變通風(fēng)機速度，使其在最佳工況點運行，使風(fēng)機在最大的范圍內(nèi)以最高的效率運行，節(jié)能效果好。李村礦南二主扇風(fēng)機為兩臺對旋式軸流通風(fēng)機，一用一備。軸流式通
風(fēng)機的一般性能曲線如圖1所示：   

　　1）基本參數(shù)

　?。?）高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)有多組功率模塊并聯(lián)而成。
　　（2）變頻裝置控制采用LED鍵盤控制和人機界面控制兩種控制方式，兩種方式互為備用，兩種方式從就地界面上可以進(jìn)行增、減負(fù)荷，開停機等操作。裝置保留至少一年的故障記錄。
　　（3）變頻器能提供兩種通訊功能：標(biāo)準(zhǔn)的RS485和有觸摸屏處理器擴展的通訊接口。
　?。?）在20-100%的調(diào)速范圍內(nèi)，變頻系統(tǒng)在不加任何功率因數(shù)補償?shù)那闆r下，本機輸入端功率因數(shù)達(dá)到0.95。
　　（5）變頻裝置對輸出電纜的長度無任何要求，變頻裝置保護(hù)電機不受共模電壓及dv/dt應(yīng)力的影響。
　?。?）變頻裝置輸出電流諧波不大于2%，符合IEEE5191992及中國供電部門要求，高于國標(biāo)GB14549-93對諧波失真的要求。變頻裝置輸出波形不會引起電機的諧振，轉(zhuǎn)矩脈動小于0.1%。變頻器可自動跳過共振點。
　?。?）變頻裝置對電網(wǎng)反饋的電流諧波不大于4%，符合IEEE5191992及中國供電部門要求，高于國標(biāo)GB14549-93對諧波失真的要求。
　　（8）變頻裝置對電網(wǎng)電壓的波動有較強的適應(yīng)能力，在-10%～+10%電網(wǎng)電壓波動時仍能滿載輸出，可以承受30%的電網(wǎng)電壓下降而繼續(xù)運行。滿足煤礦的電壓大幅波動的要求。
　　（9）變頻裝置設(shè)以下保護(hù)：過電壓、過電流、欠電壓、缺相保護(hù)、短路保護(hù)、超頻保護(hù)、失速保護(hù)、變頻器過載、電機過載保護(hù)、半導(dǎo)體器件的過熱保護(hù)、瞬時停電保護(hù)等，聯(lián)跳至輸入側(cè)6KV開關(guān)。保護(hù)的性能符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。并提供故障、斷電、停機等報警。
　?。?0）變頻裝置帶故障自診斷功能，對所發(fā)生的故障類型及故障位置提供中文指示，在就地顯示并遠(yuǎn)方報警，便于運行人員和檢修人員辨別和解決所出現(xiàn)的問題。變頻裝置有對環(huán)境溫度的監(jiān)控，當(dāng)溫度超過變頻器允許的環(huán)境溫度時，變頻器提供報警。
　?。?1）系統(tǒng)在電子噪聲，射頻干擾及振動的環(huán)境中連續(xù)運行。變頻裝置滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對電磁兼容的規(guī)定。

　　6KV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘K1(k4)到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS21(Q)送至電動機；6KV電源還可以經(jīng)旁路刀閘K3(k6)后由KM1(KM2)直接起動電動機，K1(K4)、K2(K5)與K3(K6)具有機械互鎖裝置，當(dāng)K1(K4)、K2(K5)在合閘位置時K3(K6)不能操作，反之亦然；當(dāng)系統(tǒng)處于變頻回路時，變頻器開機后，K1(K4)、K2(K5)操作失效，當(dāng)系統(tǒng)處于工頻回路時，工頻運行后K3(K6)操作失效，以防止操作人員誤操作，避免帶電拉閘帶來的嚴(yán)重后果。進(jìn)出線刀閘（K1、K2、k4、k5）和旁路刀閘（K3、k6）的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進(jìn)出線刀閘，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘，在工頻電源下起動電機運行。虛線框內(nèi)為手動旁路開關(guān)柜。

　　1）根據(jù)礦井生產(chǎn)實際情況，用戶提出礦井近期（或初期）所需的風(fēng)量、負(fù)壓。
　　2）根據(jù)當(dāng)前風(fēng)機運行情況，作出目前及后期礦井通風(fēng)網(wǎng)路阻力曲線，求出較準(zhǔn)確的礦井通風(fēng)網(wǎng)路阻力系統(tǒng)及網(wǎng)阻曲線方程。
　　3）確定風(fēng)機直徑及轉(zhuǎn)速后，根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品特性曲線，作出風(fēng)路阻力曲線，并根據(jù)風(fēng)機所需的風(fēng)量和負(fù)壓，找出前后期工況點，必須使工況點運行在高效區(qū)，即系統(tǒng)效率在80%左右。如果工況點出現(xiàn)在低效區(qū)，可以調(diào)整風(fēng)機的的動葉角度使其處于高效區(qū)。風(fēng)機葉片安裝角度可以通過公式計算和作圖，找工況點兩者相結(jié)合的方法確定。作風(fēng)路特性曲線找工況點，可以由圖查得平均角度。亦可通過計算求得。根據(jù)上述方法初算出的角度，對照礦井阻力曲線和風(fēng)機性能曲線作出的工況點，再確定葉片安裝角度。在實際應(yīng)用中,風(fēng)機轉(zhuǎn)速大于50%的情況下,可以滿足用戶井下對風(fēng)量及負(fù)壓的影響,且風(fēng)機運行在高效區(qū)。

    
　　6.變頻運行情況

　　1) 變頻運行

　　變頻投入運行以來一直穩(wěn)定運行，輸出頻率、電壓和電流穩(wěn)定，風(fēng)機運行穩(wěn)定，變頻器網(wǎng)側(cè)實測功率因數(shù)為0.976，效率均高于96%，滿載時網(wǎng)側(cè)電流諧波總?cè)萘啃∮?%，輸出電流諧波小于4%。風(fēng)機以低于額定轉(zhuǎn)速運行，不僅節(jié)約了能源，減少了維護(hù)費用，還降低了風(fēng)機的運行噪聲，經(jīng)濟(jì)效益良好。

　　2) 變頻操作

　　變頻器顯示采用中文圖形界面，觸摸屏操作，生動直觀，變頻器的運行狀態(tài)一目了然，各種運行數(shù)據(jù)可在觸摸屏上查詢，便于操作人員及時了解變頻器的運行情況。變頻器操作簡單，兩級風(fēng)機可以同時起動，可在3分鐘之內(nèi)起動至高速，短時間內(nèi)達(dá)到所需風(fēng)量。由于烏蘭礦屬于高瓦斯礦井，主扇風(fēng)機停機10分鐘就是重大事故，簡便的操作和短的起動時間確保了生產(chǎn)安全。并且反風(fēng)比以前操作簡單可靠，完全可滿足10分鐘內(nèi)實現(xiàn)反風(fēng)的要求。

　　3)能耗分析

　　主扇風(fēng)機為對旋式軸流風(fēng)機，一臺主扇風(fēng)機有兩臺旋轉(zhuǎn)方向相反的風(fēng)機組成，每臺功率400kW，，當(dāng)需風(fēng)量為QA時，動葉角度為零度時、風(fēng)機效率小于70%，以提高風(fēng)機的運行效率，這時風(fēng)機的運行效率約為72%，根據(jù)礦井的通風(fēng)阻力曲線和提供的風(fēng)機的性能曲線圖得知：
　　P風(fēng)損=Δp×QA/1000=（pB－pA）×QA/1000
　　=（3050-2100）×147/1000=139.7kW
　　在工頻運行時，風(fēng)機工作在工況點B點，這時風(fēng)機通風(fēng)有用功率：
　　P通=pB×QB/1000=3050×147/1000=448.4kW
　　電機功率：P電=P通/η=448.4/72%=622.8kW
　　因此，其節(jié)電率=（P電-P變）/P電=（622.8-386）/622.8=38.02%
　　風(fēng)機變頻運行時的效率為：
　　η=（pA×QA/1000）/P入
　　=（2100×147/1000）/386=80%
　　由此可見，變頻運行時，風(fēng)機效率為80%，其節(jié)電率在30%以上，節(jié)能效果十分明顯。