新汶礦業(yè)集團(tuán)公司孫村煤礦于1948年建礦投產(chǎn)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬噸，現(xiàn)有地質(zhì)儲量1.2億噸，可采儲量8000多萬噸，開采垂深達(dá)1300米，是目前全國開采最深的礦井之一。建礦50多年來，孫村煤礦共生產(chǎn)原煤4000多萬噸，上繳利稅3億多元。最近幾年來，孫村礦積極響應(yīng)國家倡導(dǎo)的“節(jié)能減排”政策，決定對包括北風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造。

 

    孫村煤礦現(xiàn)場有兩臺風(fēng)機(jī)，一備一用，并且要求每個(gè)月要調(diào)換一次，以使風(fēng)機(jī)和電機(jī)的運(yùn)行狀況相似，并且現(xiàn)場為雙母線供電，要求通過增加的變頻器和切換柜，自由切換風(fēng)機(jī)和供電母線，并且在變頻器故障時(shí)可以將變頻器旁路，工頻運(yùn)行。

表一  北風(fēng)井風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)

根據(jù)要求，設(shè)計(jì)方案一次回路如下圖所示：

三、二次回路技術(shù)方案

    可以看出，在這個(gè)操作過程中稍有不慎，就會造成變頻器返送電引起變頻嚴(yán)重?fù)p壞的后果，所以應(yīng)在聯(lián)鎖保護(hù)方面做到嚴(yán)密、周全，盡量把每種可能出現(xiàn)的誤操作都考慮到。這可通過多做了幾個(gè)聯(lián)鎖來解決，當(dāng)然，這其中包括一些平時(shí)調(diào)試時(shí)的基本聯(lián)鎖。下面作一一介紹。

1、變頻器與變頻進(jìn)線柜的聯(lián)鎖

  

2、變頻器與1#2#出線柜的聯(lián)鎖

    一般情況下，變頻器的出線不允許接斷路器接觸器之類的自動(dòng)分?jǐn)嘣O(shè)備，原因就是在變頻器帶負(fù)載的過程中，不管電流多大，如果瞬間拉斷負(fù)荷的話，會產(chǎn)生操作過電壓，瞬間產(chǎn)生比6KV可能要高很多的電壓，這樣的電壓對電網(wǎng)和電機(jī)沒什么影響，但對于變頻器來說可能會造成IGBT損壞。反之，在變頻已經(jīng)有輸出時(shí)再合出線柜，那瞬間的過電流也會造成變頻器損壞，所以做連鎖的目的是為了變頻運(yùn)行的情況下既不能合閘也不能分閘。

變頻器與1#2#出線柜的聯(lián)鎖還有：變頻器有故障或非正常停機(jī)時(shí)，變頻器自動(dòng)跳1#2#出線柜

    將分閘信號并在運(yùn)行閉鎖前，也是考慮到保護(hù)變頻器的原因。這樣保證在分?jǐn)?#2#出線柜時(shí)，變頻器已在無輸出狀態(tài)。

3、1#與2#出線柜之間的聯(lián)鎖

    一是工況不允許兩臺電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，二是考慮到變頻器容量的問題，因此1#2#出線柜不能同時(shí)合閘

并在運(yùn)行閉鎖前

4、1#，2#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)板分別對1#,2#出線柜和變頻進(jìn)線柜的聯(lián)鎖

    現(xiàn)場的高壓柜（也叫風(fēng)機(jī)啟動(dòng)板）是一種油開關(guān)，只要手動(dòng)把油開關(guān)的手柄推上去就可以了，當(dāng)有故障時(shí)，也只是將故障點(diǎn)接在無壓釋放的點(diǎn)，將油開關(guān)中的油卸掉回路斷開，所以操作回路無需控制電，這是一種純手動(dòng)的操作，所以按照常規(guī)保護(hù)是無法做的。但由于對方保護(hù)回路的電取自電壓互感器變電，只要將風(fēng)機(jī)啟動(dòng)板的上隔離推上去，控制回路即連通了。鑒于這樣的情況，在柜內(nèi)加裝一個(gè)110V的中間繼電器（互感器是6KV變110V），一般情況下，上隔離刀閘是落下來的，只有工頻啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)才將其投上，所以，只要把上隔離刀閘投上，繼電器就會動(dòng)作，然后把信號傳給1#2#出線柜和變頻進(jìn)線柜，將其分?jǐn)�，這樣就有效避免了返送電的誤操作。并且分?jǐn)嗟捻樞蚴窍确謹(jǐn)嘧冾l進(jìn)線柜，變頻器停止運(yùn)行后然后再將1#2#出線柜分?jǐn)�，通過把分閘信號并在運(yùn)行閉鎖前，可以保護(hù)變頻器免受操作過電壓的傷害。

5、1#2#風(fēng)機(jī)頻敏電阻的短接輔助節(jié)點(diǎn)對變頻進(jìn)線柜的聯(lián)鎖

    現(xiàn)場轉(zhuǎn)子回路串接了頻敏電阻，以解決風(fēng)機(jī)工頻啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，等風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行后再將電阻短接，但是用變頻后，頻敏電阻不用再串接進(jìn)去，可以直接將其短接。所以將頻敏電阻的短接輔助節(jié)點(diǎn)與變頻進(jìn)線柜聯(lián)鎖起來，用來防止變頻初投后操作順序變更引起操作工的不習(xí)慣而忘了先短接頻敏電阻。

1、理論節(jié)電率

    1#風(fēng)機(jī)的軸功率為874kW，入口導(dǎo)葉的角度為33.75度，實(shí)際流量132.86 m³/s。流量的百分比為：132.86/189=70.3%，因?qū)嶋H的測算可能有誤差，估計(jì)流量百分比在70.3%～80%之間，按著80%保守計(jì)算，通過查表，得出功率減少約20%，因工況的變化，估計(jì)節(jié)能點(diǎn)在15%～25%之間，節(jié)電874*（0.15～0.25）=131.1～218.5kW。

    2#風(fēng)機(jī)的軸功率為837kW，入口導(dǎo)葉的角度為33.75度，實(shí)際流量129.94 m³/s。流量的百分比為：129.94/189=68.8%，因?qū)嶋H的測算可能有誤差，估計(jì)流量百分比在68.8%～80%之間，按著80%保守計(jì)算，通過查表，得出功率減少約20%，因工況的變頻器，估計(jì)節(jié)能點(diǎn)在15%～25%之間，節(jié)電837*（0.15～0.25）=125. 5～209.25kW。

    綜上所述，按節(jié)電為120～190kW左右，按著電費(fèi)為0.58元/度，一年365天計(jì)算，（120～190）*24*365*0.58=60.9～96.5萬元。

2、實(shí)際節(jié)電率

    變頻器運(yùn)行后，經(jīng)過幾個(gè)月的運(yùn)行，在滿足工藝要求的情況下取得了很好的節(jié)電效果，現(xiàn)以1#實(shí)際測試的用電表數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

表二  2008年3月26日有功表的讀數(shù)

    PT比值為6000﹕100；CT比值為200﹕5，則合計(jì)的倍率為2400﹕1

    每天電耗為7*2400=16800kW

    單機(jī)電耗為16800kW/24（小時(shí)）=700kW

    實(shí)際節(jié)電為874 kW -700 kW =174*24*365*0.58=88.4萬元

    變頻改造以后，由于電動(dòng)機(jī)的變頻軟啟動(dòng)可提供高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩且平滑無沖擊，避免了在啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子繞組及阻尼繞組承受很高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，延長了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命，并且對電網(wǎng)沒有任何的沖擊。另外調(diào)節(jié)風(fēng)門全開，使風(fēng)門工作安全特性變好，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，減少了風(fēng)門的阻力損耗，提高了系統(tǒng)效率。多種因素表明，變頻調(diào)節(jié)方案是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的改造方案。