6kV/10kV 250-12500kW礦井風(fēng)機(jī)用高壓變頻器

啟動(dòng)柜

對(duì)于大功率變頻器（6kV系統(tǒng)適配電機(jī)功率≥2500kW / 10kV系統(tǒng)適配電機(jī)功率≥4000kW），系統(tǒng)增配啟動(dòng)柜。啟動(dòng)柜可以有效抑制變壓器上電瞬間的激磁涌流，防止引起上級(jí)電源柜速斷保護(hù)裝置動(dòng)作，還可以為單元直流電容預(yù)充電。

合康礦井風(fēng)機(jī)用高壓變頻器有HIVERT-YK和HIVERT-TK兩種系列。其中，HIVERT-YK適配異步電機(jī)，HIVERT-TK適配同步電機(jī)。這兩種系列變頻器均由移相變壓器、功率單元和控制系統(tǒng)（包括：控制器、接口板和人機(jī)界面）構(gòu)成。

大功率變頻器（6kV系統(tǒng)適配電機(jī)功率≥2500kW / 10kV系統(tǒng)適配電機(jī)功率≥4000kW）增配啟動(dòng)柜；此外，用戶可根據(jù)需求選配旁路柜。

變壓器

隔離變壓器為干式變壓器，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷：原邊為星形接法，與進(jìn)線高壓直接相連或通過(guò)啟動(dòng)柜相連；副邊繞組為延邊三角形接法，繞組間有固定的相位差，通過(guò)電抗器為功率單元提供電源。

變壓器配有溫控儀，控制系統(tǒng)通過(guò)溫控儀實(shí)時(shí)監(jiān)控變壓器繞組溫度：當(dāng)變壓器繞組溫度較高時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報(bào)警并開啟變壓器底部風(fēng)機(jī)；當(dāng)溫度超過(guò)報(bào)警或跳閘設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出輕故障報(bào)警或跳閘信號(hào)。

功率單元

功率單元輸入端接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。

功率單元通過(guò)光纖接收信號(hào)，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制（PWM）方式，控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。

控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由控制器、接口板和人機(jī)界面（包括柜門按鈕等）組成。

適應(yīng)電網(wǎng)的能力

HIVERT-Y(T)K系列變頻器可以在電網(wǎng)電壓跌落不超過(guò)額定值的20%，或上升不超過(guò)額定值的15%時(shí)正常平穩(wěn)運(yùn)行。此外，HIVERT-Y(T)K系列變頻器還設(shè)有電網(wǎng)掉電情況下的相關(guān)功能選項(xiàng)，用戶可根據(jù)需求選擇設(shè)置：在電網(wǎng)掉電不超過(guò)1s時(shí)，變頻器具有抗波動(dòng)、持續(xù)運(yùn)行的功能（即瞬時(shí)停電功能）；在電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間掉電后恢復(fù)送電時(shí)，變頻器具有自啟動(dòng)的功能（即高壓失電自啟動(dòng)功能）。

反轉(zhuǎn)功能

HIVERT-Y(T)K系列變頻器具備反轉(zhuǎn)功能，用戶可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求設(shè)置相關(guān)參數(shù)：當(dāng)選擇變頻器參數(shù)反轉(zhuǎn)允許時(shí)，無(wú)需進(jìn)行硬接線調(diào)相，只需調(diào)節(jié)給定頻率為負(fù)數(shù)，電機(jī)即可進(jìn)入反轉(zhuǎn)模式。當(dāng)井下發(fā)生火災(zāi)等重大事故時(shí)，礦井風(fēng)機(jī)可立即進(jìn)入反轉(zhuǎn)模式，避免災(zāi)害擴(kuò)大，保護(hù)人身安全。

同步電機(jī)同步啟動(dòng)功能

同步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)一般必須先異步啟動(dòng)，使電機(jī)運(yùn)行到“亞同步轉(zhuǎn)速”時(shí)，然后給轉(zhuǎn)子施加勵(lì)磁，使電機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)。這中傳統(tǒng)的同步電機(jī)啟動(dòng)方式有異步啟動(dòng)電流大、同步投勵(lì)電流波動(dòng)等諸多缺陷。而HIVERT-TK系列變頻器驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可以預(yù)先給定轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，再啟動(dòng)變頻器，即可直接將同步電機(jī)拖入同步狀態(tài)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了同步電機(jī)的“同步啟動(dòng)”。在同步啟動(dòng)方式下，啟動(dòng)電流小，并且電流波動(dòng)小。

多種控制方式選擇

HIVERT-Y(T)K系列變頻器具有本地、遠(yuǎn)程、上位三種控制方式，不同控制方式可以自由切換，用戶可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求進(jìn)行選擇。在礦井風(fēng)機(jī)正常工作情況下，變頻器可設(shè)置為遠(yuǎn)程控制或上位控制方式，在中控室進(jìn)行監(jiān)控；在需要現(xiàn)場(chǎng)操作變頻器以及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)，一般要求對(duì)變頻器進(jìn)行本地操作，這時(shí)可選擇變頻器為本地控制方式，即在變頻器人機(jī)界面上直接對(duì)變頻器進(jìn)行操作。

保護(hù)功能

HIVERT-Y(T)K系列變頻器具有電機(jī)過(guò)流、變頻器限流、變頻器過(guò)流、單元過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù)等功能，*大限度的保障了系統(tǒng)自身和用戶設(shè)備的安全。

 礦井風(fēng)機(jī)用高壓變頻器——HIVERT-Y(T)K系列

※超出范圍請(qǐng)咨詢北京合康億盛變頻科技股份有限公司

 礦用風(fēng)機(jī)異步

礦用風(fēng)機(jī)同步

備注：關(guān)于220V和1140V的選型，請(qǐng)來(lái)電咨詢本公司。

HIVERT高壓變頻器在礦井主通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

摘  要：介紹了礦井主通風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置的關(guān)鍵技術(shù)研究，以及在海孜礦中央風(fēng)井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：主通風(fēng)機(jī)；對(duì)旋式；高壓變頻；

   一、概述

    礦井主通風(fēng)機(jī)用于向井下提供新鮮風(fēng)流、排除污濁空氣和有害氣體，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)影響重大。礦井主通風(fēng)機(jī)全年不停地運(yùn)行，其電耗量較大，平均電耗約占礦井電耗的15％。近年來(lái)，我國(guó)礦井多采用對(duì)旋式通風(fēng)機(jī)，該類型風(fēng)機(jī)采用交流隔爆異步電機(jī)雙電機(jī)拖動(dòng)。該類型風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是根據(jù)風(fēng)量所需的多少，靠調(diào)節(jié)葉片角度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種調(diào)節(jié)必須在風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)才能進(jìn)行，只適合較長(zhǎng)階段的風(fēng)量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)起來(lái)也不方便，可調(diào)范圍也不大(一般一度為一單位)，電機(jī)全速運(yùn)行，節(jié)電不明顯。另一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)比較變頻調(diào)速的方法是異步電機(jī)*有發(fā)展前途的調(diào)速方法。

    淮北礦業(yè)集團(tuán)公司海孜礦中央風(fēng)井配置兩臺(tái)BD-II-8-№26型對(duì)旋風(fēng)機(jī)，一用一備，每臺(tái)風(fēng)機(jī)配置兩臺(tái)450kW、6kV防爆型鼠籠電機(jī)。因礦井通風(fēng)系統(tǒng)變化，目前雖然風(fēng)機(jī)葉片角度已調(diào)到*小，并使用風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量。這樣造成風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率低下，電能浪費(fèi)驚人，運(yùn)行狀況差，增加了維修工作量。

如果采用高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)，由于兩個(gè)電機(jī)的參數(shù)一樣，可以由一臺(tái)1000kW容量的高壓變頻器控制兩臺(tái)電機(jī)，開環(huán)定速運(yùn)行，風(fēng)量風(fēng)壓控制在滿足礦井的需要，能大大降低能耗，減少維修工作量。2006年9月，淮北礦業(yè)集團(tuán)公司與北京合康億盛公司合作研制的主通風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置在海孜礦中央風(fēng)井投入運(yùn)行，效果良好。

    二、利用高壓變頻器的優(yōu)勢(shì)

    用高壓變頻調(diào)速裝置對(duì)風(fēng)機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)供電，通過(guò)改變頻率，調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用降速的辦法來(lái)降低風(fēng)量，直至滿足礦井需要。用一套高壓變頻調(diào)速裝置，通過(guò)切換開關(guān)，可以分別拖動(dòng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，具有一拖二功能。如高壓變頻調(diào)速裝置出現(xiàn)故障，發(fā)出報(bào)警，可切換到工頻運(yùn)行，保證風(fēng)機(jī)不停風(fēng)，不影響礦井通風(fēng)。高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平方式，諧波成分小，功率因數(shù)高。

    通過(guò)高壓變頻調(diào)速裝置，風(fēng)機(jī)可以根據(jù)礦井通風(fēng)需要隨時(shí)調(diào)速運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)始終運(yùn)行在高效區(qū)。采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過(guò)程控制，安全可靠，維護(hù)量小。國(guó)產(chǎn)高壓變頻調(diào)速技術(shù)在礦井大功率通風(fēng)機(jī)上的首次應(yīng)用，具有其應(yīng)用的特殊性，通風(fēng)機(jī)停機(jī)10分鐘即為重大事故，因此對(duì)變頻器的可靠性及系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)要求很高。海孜礦中央風(fēng)井是對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)，起動(dòng)力矩大，采用低速補(bǔ)償方式，使變頻器在低速時(shí)具有良好的轉(zhuǎn)矩輸出特性。通風(fēng)機(jī)為一用一備，為了節(jié)省投資，采用切換柜使變頻器能在兩臺(tái)風(fēng)機(jī)之間切換，實(shí)現(xiàn)一拖二功能。變頻器與計(jì)算機(jī)之間的通訊，采用RS485隔離端口MODBUS RTU 通訊規(guī)約，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)變頻器的監(jiān)視和控制。圖一是風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)圖。

圖1 風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)圖

   三、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理

    1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    HIVERT系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開關(guān)元件為IGBT。由于IGBT耐壓所限，無(wú)法直接逆變輸出6kV，而因開關(guān)頻率高、均壓難度大等技術(shù)難題無(wú)法完成直接串聯(lián)。HIVERT變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性。它對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)。

圖2 變頻器主回路圖

    2、功率單元

    功率單元原理見圖3，輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。

圖3 功率單元原理圖

   四、變頻改造實(shí)現(xiàn)的效果：

    1、節(jié)電效果顯著。改造前海孜礦中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低，在45％以下，采用高壓變頻調(diào)速裝置后，風(fēng)機(jī)效率提高到78％以上，年節(jié)電92萬(wàn)KWh。

    2、變頻器根據(jù)設(shè)定頻率調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制，投入變頻器后風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)閘門全部打開，還可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。

    3、減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流不超過(guò)額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊，延長(zhǎng)了電機(jī)及風(fēng)機(jī)的使用壽命。

    4、維護(hù)量減少。采用變頻調(diào)速后，由于啟動(dòng)平穩(wěn)，低速運(yùn)行，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)、噪音和溫度明顯降低，相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多零部件，特別是密封、軸承的壽命。有效延長(zhǎng)了檢修周期，減少了檢修維護(hù)量，節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用。

    五、結(jié)論

    本項(xiàng)目研究成果適用于礦井軸流式（含對(duì)旋式）、離心式主扇風(fēng)機(jī)。目前，我國(guó)煤礦大量主扇風(fēng)機(jī)能力富裕、長(zhǎng)期低效運(yùn)行。為調(diào)整風(fēng)量，采用減小進(jìn)風(fēng)閘門開啟高度、改變?nèi)~片角度等方法，造成大量電能的浪費(fèi)。通過(guò)主扇風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速運(yùn)行，既能方便改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)，又能提高主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率、運(yùn)行穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度，節(jié)約大量電能。將單元裝置的IGBT等功率元件增大后，*大可滿足4000KW功率要求。