高压变频器在煤矿地面瓦斯抽放泵上的应用和分析

2015-04-17杜欣

机电工程技术 2015年8期

关键词：变频变频器瓦斯

杜欣

（山西省阳泉煤业集团有限公司，山西阳泉 045000）

1 概述

伴随笔者所在煤矿开采能力的提高，煤炭的产能加大，随之而来的瓦斯也在增多，瓦斯泵的数量也有所增加。为了减少瓦斯抽放泵耗电量，决定对现有的瓦斯抽放泵进行技术改造。经过技术经济分析，最终决定采用高压变频技术对瓦斯抽放泵的控制系统进行改造[1]。

2 瓦斯泵变频节能原理

泵类设备的转速（n）和流量（Q）、泵的扬程（H）和功率（P）两者之间关系如下：

式（1）：Ql/Q2=nl/n2；

式（2）：Hl/H2=(nl/n2)2；

式（3）：Pl/P2=(nl/n2)3。

从上述的关系式可得出，通过降低电机转速实现减少流量输出时，其节能效果和转速成立方比关系。

当瓦斯量较少时，可以降低电机的转速。比如电机转速降低为额定转速的80%，由式（3）可得出，降低后电机实际功率为降低前功率的51.2%。由此可见，运用变频调速技术可以有效降低能耗。在瓦斯抽放泵满足生产的前提下，降低转速，泵的效率有所下降，但是可带来能耗的减少，有利于节约电能。

目前，煤矿瓦斯抽放泵处于全速（电机额定转速）运行状况，不能依据矿井的瓦斯量和民用瓦斯量的多少进行瓦斯抽放量调整。也就是说，瓦斯涌出量相当多时，瓦斯抽放泵全速运行，当瓦斯涌出量较少时，泵全速运行将会造成瓦斯抽放浓度降低，使得排放瓦斯混入过多的空气，有可能引发爆炸事故，同时还造成了电能的过多损耗。

经过对瓦斯抽放泵的控制系统进行变频改造，能够依据瓦斯涌出量，实时闭环控制调节或手动开环调节变频器的瞬时频率，实现电机速率改变，从而实现电机在经济转速范围下运行。这样既能保证生产运行正常，又能有效节约电能。

3 高压变频器改造方案确定

（1）各类调速方式分析比较

通过对瓦斯抽放泵的驱动电机采用变频调速技术，以实现瓦斯抽放泵的节能。当前，三相异步电动机成熟的调试技术主要有以下几种：电磁调速、液力耦合器调速、液态电阻调速、变极调速、传统串级调速、内反馈串级调速、变频调速等。

1）电磁调速，该调速装置轴向尺寸较长，所需安装空间较大。当电磁滑差离合器发生异常时，只能采取停机措施，方能检修；同时，该装置在调试过程中，对能量有一定的消耗，不利于节能。尤其是转速为电机额定转速2/3时，消耗能量最多，可达电机额定功率的14.8%，可见，该调速方式耗能较高，对能源耗费较大。

2）液力耦合器。安装方式：液力耦合器串在驱动电机与负载端间，利用液位的高低调整耦合扭矩，从而完成负载端速度调整。其调速本质是运用转差功率消耗实现的，当转速较低时，其效率随之降低。液力耦合器日常维护量较大[2]。

3）液态电阻调速，通过电动执行机构实现调速，一旦电动执行机构发生异常将会波及整个系统的安全性。

4）变极调速，该调速方式在20世纪70年代应用较广泛。该调速方式具有较硬的机械特性，优越的稳定性能，不存在转差耗能，执行效率高，接线难度小，易于控制，造价较低；缺点是不能实现无极调速，有较大的级差，无法实现平滑调速；对操作要求偏高，需要在定子边使用高压开关完成切换操作，一旦切换失误，会引发事故。采用变极调速方式，对电机要求较高，电机定子接线复杂程度高，其相应尺寸需要加大。

5）传统串级调速，该调速方式通常适用于绕线式异步电机，把转子的部分能力经过整流逆变返到电网。该调速方式效率高，投资小，对装置容量要求较低。缺点：该调速方式功率因数不高，产生的谐波对环境造成一定的污染。

6）高压交流变频调速，该调速方式充分运用了先进的电子技术、计算机控制技术、通信技术和高压电气、电机拖动等学科技术，其调速性能优越，高精度、低耗能大区间、高可靠性、安装简单、维护简便，便于实现自动通讯，是节能调速的首选方式。

经过分析比较，对阳煤一矿阳坡堰瓦斯泵选用高压变频技术是最佳方案。

（2）变频调速控制方式

1）一对一、用一备一。采用两套变频系统，一套系统对应一台电机，实现单台瓦斯抽放泵成为一套独立系统。

2）工频手动切换(自选)。为保障变频系统安全可靠运行，系统设置手动工频旁路，用于变频系统异常时手动切换至工频运行。

3）自行设置启动曲线。变频系统能够多段速启动，系统具备软启动能力，以减少对电网的冲击。

（3）变频调速控制系统的配置

控制柜、功率柜各配置1台，变压器柜配置3台，手动旁路柜配置1台。