变频控制技术在煤矿主通风机上的应用

作者：时间：2018-08-23来源：网络收藏

0 引言

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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。

1 变频控制系统组成

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：

1)实现了0.3 Hz时200%以上高启动转矩，保证风机特殊情况下的正常启动;

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;

5)安装标准的EMC噪音滤波器，降低了谐波和变频器噪音;

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。

2 监控系统组成

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、上位机及其它设备组成，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。