浅析高压变频器在煤矿瓦斯抽放泵上的应用

2013-08-15岳万军

河南科技 2013年18期

关键词：变频变频器瓦斯

岳万军

（松藻煤电有限责任公司安全督察大队，重庆 401448）

1 引言

瓦斯一直是煤矿企业的五大危害源之一，提高瓦斯的抽放效果关系到煤矿企业的安全生产。渝阳煤矿金鸡岩瓦斯抽放泵采用北京利德华福高压变频进行技术改造后，实现了瓦斯抽放泵的软启动、无级调速以及电能节约。

2 设备参数及节能

2.1 设备参数

渝阳煤矿金鸡岩瓦斯抽放泵目前一台采用500 型泵，一台采用720 型泵。500 型泵的电机功率为315kW，720 型泵的电机功率为900kW，电压为6kV。

2.2 瓦斯泵变频节能原理

根据泵类设备比例可知，泵类转速n 与流量Q、扬程H 及轴功率P 之间的关系为：Q1/Q2=n1/n2；H1/H2=(n1/n2)2；P1/P2=(n1/n2)3。

由上面的三个关系式可知，降低电机的运行速度来减小流量时，其节电效果与转速的降低成立方的关系。

如果工况情况下需要80%的流量，则通过高压变频器将输出频率设为工频的80%，电机的转速此时降为额定转速的80%，实际输出功率为51.2%。从理论分析可知，变频技术的节电效果十分明显。在实际情况下，电机转速降低，泵的效率也会降低，但是节电效果还是很可观。

渝阳煤矿现运行有6 台瓦斯泵，其中3 台备用，现在面临的状况是瓦斯泵以恒定的转速运行，无法根据井下瓦斯涌出量以及民用瓦斯量的大小来切换或者调节瓦斯抽放量。即瓦斯涌出量较大时满足不了瓦斯排放要求，瓦斯涌出较小时达不到抽放浓度，处在瓦斯爆炸的范围内，危害很大。这种运行方式设备可靠性低，同时电能浪费比较大。

通过变频技术对瓦斯泵电控系统进行改造，可以根据瓦斯浓度的大小实时反馈进行闭环调节或者手动开环调节变频器输出的频率，来改变电机的速度，使瓦斯泵电机运行在经济有效地区间，这样既满足了生产的要求，又保证了机电设备的稳定运行，同时也降低了电能的消耗。

3 高压变频器改造方案确定

3.1 调速方式的选择

（1）液力耦合器。在电机与负荷之间串一个液力耦合装置，通过液面的高低调节耦合力的大小，实现负载的速度调节。这种调速方法实质上是转差功率消耗型的做法。缺点是随着转速降低效率越来越低，且维护量较大。

（2）串级调速。串级调速主要针对绕线式异步电机，将转子的一部分能力通过整流逆变返回电网。而我矿基本都是鼠笼式异步电机。这种调速技术调速范围比较窄，且对电网污染比较大。

（3）变频调速技术。变频调速的基本原理如n=60f（1-s）/p，通过改变电源输出频率来调节三相异步电动机的转速。这种调速方式调节范围比较宽、设备使用寿命长、自身能耗低、日常维护量小。缺点是价格比较高，初期投资较大。

综上所述，对渝阳煤矿瓦斯泵采用高压变频技术改造，经济上和技术上都比较合理。

3.2 变频调速控制方式

（1）一拖一、一用一备。瓦斯泵采用两套北京利德华福公司的高压变频调速系统，一套系统控制一台电机，另一套系统备用，分别实现对单台电机的控制。

（2）工频手动切换（自选）。系统配备一套手动工频旁路，在变频系统故障时实现手动切换到工频运行，提高了系统运行的可靠性。

（3）启动曲线自设定。系统可以实现多段速启动，每段速启动时间根据实际需要自己设定，实现了系统的软启动，同时启动时对电网波动较小。

3.3 变频调速控制系统的配置

高压调速装置由4 部分组成，控制柜1 台，功率柜1 台，变压器柜3 台，手动旁路柜1 台。

4 高压变频器原理

高压变频器每相由5 个功率单元串联组成，各相中相互串联的功率单元一端串接在一起，另一端接到电动机的，即三相Y 型输出。隔离移相变压器一次侧接入6kV 的电源，另一侧有15 组三相绕组，分别向15 组三相功率单元供电。每个功率单元单独输出PWM 波，相间5 组功率单元输出的PWM 波相互叠加，形成高质量的正弦波，来驱动电动机工作。