变频控制技术在煤矿主通风机上的应用



商悦传媒   2019-05-01 01:57

导读: 主通风机是煤矿四大固定设备之一,素有矿井肺腑之称,它担负着向井下输送新鲜空气,排出粉尘和污浊气流,确...

  主通风机是煤矿四大固定设备之一,素有“矿井肺腑之称”,它担负着向井下输送新鲜空气,排出粉尘和污浊气流,确保矿井安全生产的重任[1]。近年来,随着国家对煤矿安全与经济效益的日益重视,煤矿机电设备的运行控制和自动化管理显得尤为重要,因此,加强通风管理,防止安全事故发生,提高风机运行效率,确保其安全、经济、高效运行已势在必行。

  陕西省某煤矿原通风监控系统存在以下问题:系统过于简单、风机耗电量大、部分关键参数监测精度较低、监测内容不全面、未与调度中心信息系统集成。经过多年运行,部分设备老化,多数仪表损坏,监控系统处于半瘫痪状态,已经构成了严重的安全隐患。因此,必须对原有系统进行全面改造,建立完善、合理的监控系统,以改变该矿落后的管理局面,提高矿井通风设备自动化和科学化管理水平。

  为了适应矿井发展,满足通风网络变化的要求,通风机及其拖动电机在设计选型时都有一定余量,形成“大马拉小车”的不经济运行现象。煤矿主通风机传统的控制方式是风机全速运行,通过调节风叶安装角度或风门开度调整所需风量,这种运行方式能耗大,约占煤矿能耗的15%~20%左右,并且调节不方便。采用变频调速技术,可以根据矿井生产需求调整电机转速来调节风量,既节约大量电能,又减少机械和风的噪音。

  根据《煤炭安全规程》第四百四十二条规定[2],主通风系统高压两回路10kV电源引自地面变电所不同的两段母线上,通过架空线路接至主通风变电所高压室,高压母线为单母线分段结构,两条高压进线互为备用,安装自投装置,确保供电安全。高压室设有7台高压柜。低压母线也为单母线分段,设有进线柜两个、母线联络柜一个,四个变频柜分别控制两台对旋风机的四台电机,两个低压配电柜为风门绞车供电,系统控制柜一个。变频器选用日立变频器SJ700系列。日立SJ700变频器特别适合煤矿风机使用,具有如下优点:

  2)具有变频器跳闸抑制功能,过电流抑制功能、过电压抑制功能,根据负载调整所需的加速时间和减速时间,减少了跳闸的发生,提高了风机运行的安全性;

  3)通过可编程序运行功能,实现简易顺序控制功能,内置简易程序运转最大可达512步,可以简化上位装置和周边回路,节约了控制柜空间、降低了成本,提高了变频控制柜可靠性;

  4)采用冷却风扇、平滑电容等长寿命部件,设计寿命达到10年,并具有寿命诊断功能,可以发出预告信号,提示在这些部件发生故障前对其进行更换,提高了变频器的可靠性;

  6)专利微浪涌电压抑制功能,即使和电机之间接线距离很长,也能抑制端子电压的变动,保护风机电机的绝缘;

  7)一个按钮即可实现变频器的紧急切断,不通过变频器的CPU,通过硬件就可以切断输出,从而实现高可靠性紧急切断,保证应急停风机的要求;

  8)变频器内部基板三防涂层处理及铜条的镀镍处理,提高了变频器环境适应性,适合煤矿应用环境。主通风变电所一次系统如图1所示。

  矿井主通风机自动监控系统以PLC 为核心,主要由信号监测装置、传感(变送)器、PLC、通信装置、上位机及设备组成,可分为风机变电站监控系统和风机风速、负压、振动、风机电机温度监控系统,如图2所示。

  PLC 选用Sienens S7-300 系列PLC,硬件结构如图3所示,主要由电源、CPU、数字量输入输出、模拟量输入输出、通信单元等模块组成。

  触摸屏采用WEINVIEWMT508T 触摸屏,通过MT5-S7300通信电缆与PLC 连接,采用MPI 协议完成通信。触摸屏动态显示系统整体运行状态。

  S7-300 通过工业以太网通信模块CP343 连接到上位工控机或矿统调系统,实现监测参数的实时显示,并将监测参数存储到数据库中;同时以数据、趋势图及报表等多种方式实现风机运行参数监测结果的再现。根据设定的起始时间点,实现分、时、日和选择变量形式,以时间间隔和变量数据等方式查询、打印报表,完成性能测试,自动生成性能测试报告,通风机性能曲线等。

  变电站监控系统高压部分采用厦门工控生产的微机保护单元,该单元可就地显示相电压、线电压、电流、有功功率、无功功率功率因数等参数,可通过RS485