摘要：礦井主通風機是煤礦生產最重要的負荷之一，主通風機的設計通常都留有較大的余量，具有一定的節能空間。本文通過對新汶礦業集團孫村煤礦北風井主通風機應用北京合康億盛科技有限公司變頻改造情況的介紹，說明在煤礦主通風機上實施變頻不僅節能效果顯著，而且可以優化整個電力傳動系統的控制性能。
一、概述
    礦井抽風機是井工煤礦生產最重要的負荷之一，電動機容量較大，由于其必須連續工作，使得抽風機用電成為礦井的用電大戶，一般用電量占整個礦井的15％以上。由于抽風機的設計是按照礦井最大用風量為基本選型參數，同時預留一定的安全系數，因此供風能力偏大，特別是在礦井初期和通風系統改造后，風機能力富裕量大，具有較大的節能空間。下面對新汶礦業集團公司孫村煤礦通風機變頻改造情況進行簡要介紹。

二、通風機情況
    新汶礦業集團公司孫村煤礦是一個百年老礦，其北風井通風機站建于1981年，安裝兩臺G4-73-11№.28Ｄ型離心式風機，各配有一臺YR1250－8／1430型電動機，額定電壓6KV，功率1250KW，轉速730rpm，一臺工作，一臺備用。根據出廠風機標注的參數,該風機的額定最大排風能力為11300m³/min。
    由于該礦礦井通風系統在2005年1月由一臺400風井單獨運行的中央分列式通風系統，改變為一臺400風井與北立井風井聯合運行的兩翼對角式通風系統，礦井風量的需求發生了較大變化，由原來的218.42m3/s，降到129.94m3/s。且礦井風量調整只能靠調整風機葉片導角完成，不能實現無級平滑調速，風機整體耗能較多，風機工作在低效區，原有的1250kW電機容量富裕過多。為了滿足風量需求的變化，北風井通風機自2005年一月后，多次調整前導葉角度，由0°逐漸調整到現在的33°，節流功率損失非常大，即電動機的能源損耗很大，風機節能降耗的課題就提上了議事日程。

三、方案論證

    （1）方案選擇：為了選擇合理的節能方案，我們調研和計算了不同風量調節方式的功率消耗情況（如圖1）。

    （2）效益測算：應用變頻調速，可以大大提高電機轉速的控制精度，使電機在最節能的轉速下運行。根據流體力學原理，軸功率與轉速的三次方成正比。當所需風量減少，風機轉速降低時，其功率按轉速的三次方下降。因此，精確調速的節電效果非常可觀。測算如下：
    1#風機的軸功率為796kW，入口導葉的角度為33.75°，實際流量132.86m³/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，節約功率為796×（0.15～0.25）=119.4～199kW。
    2#風機的軸功率為761kW，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%，因工況的變化，估計節能點在15%～25%之間，節約功率為761×（0.15～0.25）=114.15～190.25kW。
    預計節電為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。變頻改造預計投資170萬元，投資回收期為1.76～2.79年之間。

四、現場應用
1、根據要求，設計方案一次回路如下圖所示：

    在原來設備的基礎上，增加變頻器（HIVERT-Y06/154）一臺，增加自動切換柜兩臺2#、3#，增加高壓電源柜1#（采用真空斷路器和微機保護等）一臺。

2、運行方式：
    （1）變頻器運行1#風機：DL1閉合，DL12閉合，DL11斷開，KM1閉合，DL22斷開。
    （2）變頻器運行2#風機：DL1閉合，DL12斷開，DL21斷開，KM2閉合，DL22閉合。
    （3）工頻運行1#風機：DL12斷開，DL11閉合，KM1受原系統控制。
    （4）工頻運行2#風機：DL22斷開，DL21閉合，KM2受原系統控制。

3、現場技術參數
北風井風機電機參數如表1

五、改造前后對比
    孫村礦北風井抽風機變頻裝置在2007年11月27日正式投入運行，根據風量需求，將風機運行頻率調整為48Hz，電機輸出功率由改造前前導器葉片33.75°時的1027kW下降至911kW，下降了116kW。41119工作面結束后，北風井抽風機風量富裕較多，根據風量需求，將風機運行頻率降為44Hz，風機輸出功率進一步下降為726kW，節能效果更加顯著。使用情況如下：

1、  實際節電情況
    為了真實掌握風機變頻改造后的實際節電情況，我們對風機在工頻和變頻運行狀態下的用電情況進行了實測，風量為130～131m³/min。
    08年1月28日9：00－30日9：00風機前導葉片33.75°，電機頻率為50Hz時，運行2＃風機電度表底數分別為9863.15和9889.1，24小時用電20760kWh。
    08年1月30日11：00－2月2日11：00，風機前導葉片0°，電機頻率為44Hz時，運行2＃風機電度表底數分別為9889.65和9911.07，24小時用電17136kWh。
    在滿足礦井通風要求的情況下，24小時節電3624kwh，節電率為17.46％，年節電132.3萬kWh，電費75萬元。

2、運行情況
    （1）該產品自身功率因數高，無需額外的無功補償裝置。
    （2）經測試，變頻器自身輸出諧波含量低于4％，符合國家有關標準的要求。
    （3）變頻改造后，實現了電動機的軟啟動，去掉了原來的電抗器，避免了大電流對電網和電機的沖擊
    （4）采用設備變頻運行方式后，通風系統操作更加方便，同時降低了運行噪聲，工作環境條件也有了明顯改善。
    （5）設備磨損降低、延長了維護期，維護工作量大大減少。

六、結束語
    從合康公司變頻器在新汶礦業集團公司孫村煤礦北風井主通風機技術改造的實際應用情況來看，對礦井主通風機進行高壓變頻改造，不僅能夠有效地減少電能消耗，而且可以優化整個電力傳動系統的控制性能，具有極大的推廣應用價值。