孙村矿北风井变频改造案例

一、用户简介
新汶矿业集团公司孙村煤矿于1948年建矿投产，矿井设计生产能力60万吨，现有地质储量1.2亿吨，可采储量8000多万吨，开采垂深达1300米，是目前全国开采最深的矿井之一。建矿50多年来，孙村煤矿共生产原煤4000多万吨，上缴利税3亿多元。最近几年来，孙村矿积极响应国家倡导的“节能减排”政策，决定对包括北风井主通风机进行变频节能改造。

二、一次回路技术方案
孙村煤矿现场有两台风机，一备一用，并且要求每个月要调换一次，以使风机和电机的运行状况相似，并且现场为双母线供电，要求通过增加的变频器和切换柜，自由切换风机和供电母线，并且在变频器故障时可以将变频器旁路，工频运行。

表一 北风井风机电机参数

1#风机		2#风机
型号	G4-73-No.28D	型号	G4-73-No.28D
额定流量	101-189m3/s	额定流量	101-189m3/s
额定压力	653-463mmH2O	额定压力	653-463mmH2O
轴功率	1063kW	轴功率	1063kW
型号	YR1250/1430	型号	YR1250/1430
额定功率	1250kW	额定功率	1250kW
额定电压	6000V	额定电压	6000V
额定电流	146A	额定电流	146A
功率因数	0.8	功率因数	0.8
现有调节方式	入口导叶调节	现有调节方式	入口导叶调节
实际压力	2990Pa	实际压力	2890Pa
实际流量	132.86 m3/s	实际流量	129.94 m3/s
实际电流	97A	实际电流	93A
实际电压	6500V	实际电压	6500V
实际电功率	874kW	实际电功率	837kW

在原来设备的基础上，增加变频器（HIVERT-Y06/154）一台，增加风机出现柜两台1#、2#，增加变频进线柜（采用真空断路器和微机保护等）一台。所选用的高压柜为无锡军工的KYGC矿用一般型高压真空配电装置，变频进线柜为带微机保护装置，高压变频器型号为HIVERT Y06/152。变频器的主要参数根据要求，设计方案一次回路如下图所示：


三、二次回路技术方案
可以看出，在这个操作过程中稍有不慎，就会造成变频器返送电引起变频严重损坏的后果，所以应在联锁保护方面做到严密、周全，尽量把每种可能出现的误操作都考虑到。这可通过多做了几个联锁来解决，当然，这其中包括一些平时调试时的基本联锁。下面作一一介绍。

1、变频器与变频进线柜的联锁

2、变频器与1#2#出线柜的联锁
一般情况下，变频器的出线不允许接断路器接触器之类的自动分断设备，原因就是在变频器带负载的过程中，不管电流多大，如果瞬间拉断负荷的话，会产生操作过电压，瞬间产生比6KV可能要高很多的电压，这样的电压对电网和电机没什么影响，但对于变频器来说可能会造成IGBT损坏。反之，在变频已经有输出时再合出线柜，那瞬间的过电流也会造成变频器损坏，所以做连锁的目的是为了变频运行的情况下既不能合闸也不能分闸。

变频器与1#2#出线柜的联锁还有：变频器有故障或非正常停机时，变频器自动跳1#2#出线柜

将分闸信号并在运行闭锁前，也是考虑到保护变频器的原因。这样保证在分断1#2#出线柜时，变频器已在无输出状态。

3、1#与2#出线柜之间的联锁
一是工况不允许两台电机同时运行，二是考虑到变频器容量的问题，因此1#2#出线柜不能同时合闸

并在运行闭锁前

4、1#，2#风机启动板分别对1#,2#出线柜和变频进线柜的联锁
现场的高压柜（也叫风机启动板）是一种油开关，只要手动把油开关的手柄推上去就可以了，当有故障时，也只是将故障点接在无压释放的点，将油开关中的油卸掉回路断开，所以操作回路无需控制电，这是一种纯手动的操作，所以按照常规保护是无法做的。但由于对方保护回路的电取自电压互感器变电，只要将风机启动板的上隔离推上去，控制回路即连通了。鉴于这样的情况，在柜内加装一个110V的中间继电器（互感器是6KV变110V），一般情况下，上隔离刀闸是落下来的，只有工频启动风机时才将其投上，所以，只要把上隔离刀闸投上，继电器就会动作，然后把信号传给1#2#出线柜和变频进线柜，将其分断，这样就有效避免了返送电的误操作。并且分断的顺序是先分断变频进线柜，变频器停止运行后然后再将1#2#出线柜分断，通过把分闸信号并在运行闭锁前，可以保护变频器免受操作过电压的伤害。

5、1#2#风机频敏电阻的短接辅助节点对变频进线柜的联锁
现场转子回路串接了频敏电阻，以解决风机工频启动时的冲击电流，等风机全速运行后再将电阻短接，但是用变频后，频敏电阻不用再串接进去，可以直接将其短接。所以将频敏电阻的短接辅助节点与变频进线柜联锁起来，用来防止变频初投后操作顺序变更引起操作工的不习惯而忘了先短接频敏电阻。

四、 节能计算分析
1、理论节电率
1#风机的轴功率为874kW，入口导叶的角度为33.75度，实际流量132.86 m³/s。流量的百分比为：132.86/189=70.3%，因实际的测算可能有误差，估计流量百分比在70.3%～80%之间，按着80%保守计算，通过查表，得出功率减少约20%，因工况的变化，估计节能点在15%～25%之间，节电874＊（0.15～0.25）=131.1～218.5kW。
2#风机的轴功率为837kW，入口导叶的角度为33.75度，实际流量129.94 m³/s。流量的百分比为：129.94/189=68.8%，因实际的测算可能有误差，估计流量百分比在68.8%～80%之间，按着80%保守计算，通过查表，得出功率减少约20%，因工况的变频器，估计节能点在15%～25%之间，节电837＊（0.15～0.25）=125. 5～209.25kW。
综上所述，按节电为120～190kW左右，按着电费为0.58元/度，一年365天计算，（120～190）＊24＊365＊0.58=60.9～96.5万元。

2、实际节电率
变频器运行后，经过几个月的运行，在满足工艺要求的情况下取得了很好的节电效果，现以1#实际测试的用电表数据为准。

表二 2008年3月26日有功表的读数

26日	02:00	04:00	06:00	08:00	10:00	12:00	合计	备注
（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	读数值
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	读数值

PT比值为6000﹕100；CT比值为200﹕5，则合计的倍率为2400﹕1
每天电耗为7＊2400=16800kW
单机电耗为16800kW/24（小时）=700kW
实际节电为874 kW -700 kW =174＊24＊365＊0.58=88.4万元

五、结论
变频改造以后，由于电动机的变频软启动可提供高的启动转矩且平滑无冲击，避免了在启动过程中转子绕组及阻尼绕组承受很高的热应力和机械应力，延长了电机和风机的使用寿命，并且对电网没有任何的冲击。另外调节风门全开，使风门工作安全特性变好，通过调节电动机转速来实现风量的调节，减少了风门的阻力损耗，提高了系统效率。多种因素表明，变频调节方案是一种经济实用的改造方案。