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煤矿主通风机的高压变频升级改造

发布日期:2019-08-26   来源:《变频器世界》19-07期   作者:卞绍顺,陆宗学,张函玉   浏览次数:259
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【摘   要】:本文根据某煤矿的主扇风机系统的实际运行工况,为了整个煤矿井下通风安全和节约电能,选择了北京合康6KV高压变频器,对主通风机进行变频调速控制改造。并对整个通风系统进行自动化升级改造,将引入的风机变频器系统接入整个煤矿的自动化控制系统网络中,最终实现了主通风机变频运行状况的在线监控和诊断,为煤矿主通风机的安全运行和安全生产提供可靠的保障。

 

  关键词:高压变频器;主通风机;升级改造;远程监控 

 

1引言

主通风机是煤矿设备主要的四大件之一,由于其功率一般较大并且必须常年运行,一般采用无调速装置,长期处于恒速运转,因此既浪费了风量,又增加了电能消耗。某煤矿目前已经建有的通风系统,由于系统使用年限已久,存在诸多隐患和问题,现根据现场实际运行状态进行变频改造,并增加压力、流量、温度、振动等传感器,实现通风系统的在线监控和诊断。

2项目背景

某煤矿主通风机房现使用2台沈阳通风机厂生产的2k56-1No.24型通风机(450KW/6KV),供电系统由无锡军工设计生产,高压柜配置上海南自智能综合保护器,电机启动方式为全压直接启动。原来监控系统是由某个自动化公司设计、生产和调试的;由于使用年限长,存在了很多隐患和问题,矿井开拓延伸,供风能力已不能满足矿井用风要求,更换成了2台2*710KW对旋风机,并安装北京合康高压变频器对其进行调速。

由于是旧设备改造,现场设备的安装及布线比较困难,且施工周期长、施工困难多。调度人员在满足生产要求的前提下,逐台停运改造设备,施工人员在停电设备上安装温度测量装置。尽力做到一次更换成功,将停电时间和影响生产的时间减到最小。除了需要对原风机控制主接线进行改造,还需要将变频器二次回路及控制接入现场控制设备,并增加控制模块和传感器对风机工况进行监控。这样可以保留原有风机控制系统,并实现风机工频和变频的切换运行。

3变频运行改造

3.1变频器选择以及特性 

根据风机电机的容量,选用北京合康高压变频器产品HIVERT-Y06/085,额定输出电流为85A,驱动710kW异步电动机。这一变频器具有精度高、响应快、变频效率高、维护方便等特点。变频器输出电压具备自动电压调整稳压功能,防止过高电压对电机绝缘损坏,降低电机的空载损耗。此外,变频器无需单独安装输入滤波器,节省谐波治理费用;系统功率因数高,无需功率因数补偿装置,可有效减少无功输入,降低输入容量,减少矿山电网增容费用。主要技术参数如下所示。

3。2安装方式

变频器采用底部进出线方式,从正面看,高压进线孔位于变压器柜后部居中的位置,高压出线及二次进出线电缆孔位于单元柜后部居左的位置。变频器安装在电缆沟上,如图1所示。  

 

                                                                                 图1高压变频器安装图(侧面)

变频器安装在16#槽钢焊接的底座上,通过点焊方式将其固定在安装槽钢上,槽钢需可靠接地,接地电阻不得大于4Ω。变频器在正面操作,二次接线室在背面。为了保证操作、维护的方便性和通风散热效果,变频器正面距墙距离不小于1.5米,背面和顶部距墙距离不小于1米。

3。3一次回路及保护
     一次回路改造增加高压变频器一台,自动切换柜四面2#、3#、4#、5#,内含真空接触器和刀闸,1#高压电源柜采用真空断路器和微机保护。保留原有的电源切换柜DL11、DL21、DL31、DL41。改造后的一次回路主接线如下图所示。

 

                                                                                  图2一次回路主接线图

根据改造完的一次回路,需要做如下要求。

1、四面切换柜DL12、DL22和DL32、DL42电气互锁,不能同时合闸;

2、切换柜DL12和电源柜DL11电气互锁;切换柜DL22和电源柜DL21电气互锁;切换柜DL32和电源柜DL31电气互锁;切换柜DL42和电源柜DL41电气互锁;不能同时合闸;

因此,通风系统的风机运行方式主要有以下几种方式。

1、变频器运行1#风机:DL1闭合,DL12、DL22闭合,DL11、DL21断开,DL32、DL42断开。

2、变频器运行2#风机:DL1闭合,DL12、DL22断开,DL31、DL41断开,DL32、DL42闭合。

3、工频运行1#风机:DL12、DL22断开,DL11、DL21闭合受原系统控制。

4、工频运行2#风机:DL32、DL42断开,DL31、DL41闭合受原系统控制。

3。4 二次回路及控制

控制器由光纤板,信号板,主控板,接口板和监视器组成,各部分之间的连接如下图3所示。控制系统与功率单元之间采用光纤通信,实现了强弱电之间的光电隔离。

 

                                                                                图3二次回路接线图

HIVERT变频器有三种控制方式,主要为本地控制、远程控制、上位机控制。可以从变频器操作界面控制电机的启动和停机,完成变频器的所有控制;也可以通过内置接口板接受来自现场的开关量控制;还可通过RS485接口,采用MODBUS通讯协议,接收上位机系统的控制。此外,变频器有多种速度设置方式。既可通过操作屏设置运行频率;也可接收其他控制系统4-20mA模拟信号来控制频率或被控量给定值;还可通过通讯方式接收来自上位机系统的运行频率给定值;其多档设置模式,通过开关量设置多档运行速度给定值。

根据煤矿风机可靠性较高的实际运行要求,选择三档位切换开关即本地、集中、远程。本地操作方式即通过变频器的操作面板进行控制;集中控制即通过风机监控系统的模拟量,根据设定的通风量自动控制运行频率;远程控制即可以通过监控中心上位机的Modbus通讯总线来控制风机频率。

4监控系统改造设计

4。1系统结构 

针对上面的变频器改造后,上位机监控软件采用InTouch,控制层原有西门子315-2DP PLC和HMI为核心,主要由信号测取装置和传感器、上位机及通讯装置、其他设备组成,结构原理框图如图4。

                                                                                    图4监测系统结构图

改造系统采用模块设计方案,各部分相对独立,原有的控制功能,增加模拟量输出模块控制变频器的输出频率。整个系统采集通风流量、压力、风机轴的振动、温度信号以及风门的位置信号。通风流量通过多参数进行监测,可靠性好精度高。

4.2系统功能

该系统现场控制层采用原西门子300PLC,集中控制外围设备,通过组态软件和现场层进行通讯,完成数据的采集、分析等工作,以图表等多种形式显示在监控中心显示器上。通风机的性能参数主要有流量、全(静)压、轴功率等。配套电机的主要参数有电流、电压、功率等。为了达到主通风机性能在线监测的目的,应实时在线监测以下主要参数:平均流速、矿井负压、风机入口静压、电机有功功率、电流、电压等。根据以上参数可求得风机的各项性能指标,再根据相似原理换算至规定状态下即可绘制通风机的性能曲线。主要功能如下。

1、控制功能:风机的启动、停止、反风、风门启闭控制等控制功能;具备就地控制/就地集中控制/上位机控制三种工作方式,就地方式(检修方式)时各设备由设备本身的控制按钮操作,便于设备的检修;就地集中方式由平板电脑柜完成风机及辅助设备的协调控制;上位机控制方式时可在工控机上完成对风机的远程控制。此外,可对变频器进行三种方式(就地、集中、上位机)的实时控制,整个控制按照一次回路的互锁条件来完成。

2、监测功能:实时监测风机性能参数,例如矿井负压、动压、流量、风机进口瓦斯浓度等。实时监测风机配用电机的电气参数:电流、电压、功率。实时监测设备的状态参数,如振动烈度、定子及轴承温度。实时监测风门位置。

3、变频器监测功能:对变频器进行实时进行模拟量、开关量的数据采集。变频器了提供标准模拟量、开关量接口以及Modbus-RTU通讯接口。

4、信息处理功能:上位机界面简单直观、形象,操作简单、易懂。具有丰富的工况画面,界面友好,图表功能强大,操作快捷方便实时或历史数据的趋势图、曲线图、存储、查询、打印。对通风机运行故障(温度、振动等)在线报警(声光报警)及保护;显示当前运行机号、正反转信号,风机开停状态;累计当前风机运行时间等信息。系统主要界面如下图所示。

 

                                                                                 图5运行系统界面

5结束语

煤矿主通风机是保证煤矿安全生产的关键设备之一,它的安全可靠运行,对煤矿整个生产过程具有重要意义。通过对某个煤矿的主通风机的变频器改造工作,经过一段时间的运行,节能效果显著,减少了企业对风机设备的维护量,运行更加安全、稳定。但仍然有不足之处,系统仅根据一些信号的判断进行故障提示和报警,仍需要对风机的综合故障诊断进行下一步的研究。

                                                                                                                                                                                                  
 

 
 
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