变频器在乌东选煤厂的应用

马志军

(神华新疆能源有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830027)

1 前言

近年来，随着微电子技术及电力电子器件制造技术的发展，变频器由于具有智能化、网络化、数字化、节能等优点被广泛应用。为了保证煤矿生产能力稳定，同时充分发挥各设备的能力，煤矿洗选系统中应用了很多变频器，在生产现场较好地解决了设备适应负荷量的变化，取得了较好的经济效益。随着煤矿选煤厂规模的大型化趋势，变频设备的功率和用途会越来越广泛。

2 变频调速的原理及特点

变频器采用脉冲调制技术实现变频调速，通过输出不同频率的电流与电压，调节电机的转动速度，从而实现对设备运转的控制，使其达到满足生产的要求。简单的理解变频器，就是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

变频调速技术主要有以下几个特点：(1)脉冲调制技术：电机起动转矩变大，但起动电流确实很小，这可以大大降低电机起动的整个电源的冲击强度，并启动电机运行相对稳定。(2)高速范围大，精度高，适应性强，能满足不同生产工艺的需要。(3)变频技术，节能效果优于传统的设备方式，节能约35%，大大提高了企业的经济效益。(4)变频器安装调试方便，操作简单。变频器具有各种标准接口，便于与液位、压力、流量传感器和微机系统相连接，实现自动控制。(5)宽调速范围，可实现平滑无级调速，精度可高达0.5%，能满足煤矿各种生产工艺的需要。

3 应用实例

3.1 工程概况

乌东选煤厂是一个年产能力600万吨的采用重介工艺的选煤厂，洗选深度高，产品质量稳定，主要生产设备138台套，生产工艺关键位置的设备大多采用变频调速控制，生产过程中，很多设备运行参数需要调整，如给煤机、水泵、胶带机、加药装置等，合理的改变这些参数，可以最大程度地提高生产效率，降低能耗，降低生产成本，实现对现场不同的生产工艺需求进行调整。

3.2 变频调速在泵类中的应用

泵类在设计选型时大多是根据最大需用量来选择的，通常还要预留一定的余量，实际应用中许多泵的流量需根据不同的需求随时调整变化。目前，泵流量的控制方法有两种：驱动变频调速和调节出料阀门开度。一直以来，该厂生产控制的，这种做法使泵加压后的水大部分在出料闸板前被阻截，一方面造成大量能源的浪费； 二是使泵及管路产生剧烈振动，三是泵及管路压力升高，破坏了管路、阀门的密封性能，使其出现跑冒滴漏现象；四是加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，缩短了设备的使用寿命。

泵类使用变频调速有利于保证生产工艺连续正常运行，使泵运行工况变优，实现无级调速，可以轻负荷启动，启动电流小，起动时间短，停泵时不会出现"水锤"现象，改变了以往靠调节泵的进、出口阀门和分流来满足工艺生产。同时节约了能源，消除了泵及管路的振动，降低泵及管路的压力，保护了管路、阀门的密封，减少跑冒滴漏现象的发生，延长了泵腔、阀体的磨损，增加了设备的使用寿命。水泵工艺设计与制造中如果不使用变频调速，由于介质比重大、浓度高、扬程高，水泵的工况就会很差，从而造成供电设备功耗大、温升偏高。运行中多次发生泵体机封损坏，轴承损坏，对正常生产造成很大影响。要解决这个问题，若只靠改变叶轮规格和切割叶轮外径，用损失富裕扬程的方法，不会有效地提高运行的经济性。因此，只有切实实现水泵调速，才能满足水泵工艺设计的最大要求。

例如，选煤生产中，重介浅槽的上升流和水平流合成的溢流量尤为重要，是重介选煤工艺正常生产的前提。为保证煤质，本厂使用了施耐德321、322合格介质泵，该合格介质泵所输送的流量可根据现场溢流及煤质情况在一定范围内进行调整，如溢流量过大，原煤未经过悬浮就被溢流带走，造成煤中带矸；溢流量过小，原煤还未被悬浮液冲走就被后续的原煤压下去，造成矸中带煤，给生产带来问题。在没有变频调速前，全部靠调节管路上的各种阀门(上升流阀门和水平流阀门)来控制，费时费力。

3.3 变频器在305、306重介浅槽刮板机上的应用

重介浅槽刮板分选机是重介选煤工艺的关键，浅槽悬浮液里上层的煤在上升流和水平流的作用下被冲到精煤筛脱水脱介，而下层的矸石被刮板机刮到矸石筛脱水脱介，实现煤与矸石的分离。305、306(18.5kW)浅槽刮板机通过对负载电流的监测调整电机转速，当矸石量增大时，负载电流上升，电机转速自动提高，反之相反。重介选煤工艺中，刮板链条不但与滑道直接磨擦，而且在重介质铁粉的悬浮液中，这种磨擦更加严重。通过变频调速能将这种磨损最小化，将链条更换周期延长，大幅度降低材料费。

3.4 变频器在604、605循环水泵上的应用

软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，在使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压就会逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全部导通，此时电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低了启动电流，电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，从而为电动机正常运转提供额定电压，软启动器同时还可以提供软停车功能，软停车与软启动过程刚刚相反，电压就会逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车而引起的转矩冲击。

604、605(施耐德ATS48C41Y220KW)循环水泵通过软启动实现平稳启动，不冲击电网，峰值电流时间大为减少，保护了电机，延长电机使用寿命，并且软启动器本身自带更加完善的保护功能，工作更加稳定。

3.5 619阳离子加药装置和620阴离子加药装置

加药系统是处理浓缩池的重要设备，且要求严格，不容出错。619阳离子加药装置和620阴离子加药装置通过现场仪表传感器和下一级设备的处理能力，得出煤泥水浓度、沉降速度、处理量，在一定时间内可控地加入一定量的药剂，并对加入后药剂产生的结果再一步修正，对下一步加药进行调整。而保证整人加药环节的可控正是通过这两组变频调速系统来完成的。浓缩池底流处理，是根据煤泥水浓度、沉降速度、处理能力加入适量的药剂，符合生产工艺要求，将底流进行循环处理。药剂加入速度过慢，浓缩池煤泥水来不及沉降，造成跑黑，沉降速度过慢，底流泵不能正常处理，使全厂水循环不能正常进行，影响整个生产系统；加入过快，沉降速度太快，煤泥在底部取积，底流泵处理不及，将造成严重后果，如底流泵管道堵塞、压耙能事故，中断整个生产。

3.6 变频器在乌东装车系统与振动给料机的应用

装车过程中，产品煤的给煤量要与装车仓及现场装车的实际进度情况相配合，保证连续装车，再者根据客户不同要求按比例配煤。724、726、728、730、732、734振动给料机改变变频器频率输出，调整产品煤给煤量。

741装车胶带机使用变频，不但启动平滑，起动时间延长，可以降低对胶带带强的要求，降低设备投资；启动转矩大，无冲击电流，可实现重载启动，通过电机低速启动，使皮带机在启动过程中形成张力很小，几乎不对皮带造成伤害，最重要的它保证向装车仓供煤的稳定性和连续性，可大大提高装车效率。

745G1、746G1调度绞车牵引火车车厢在一定速度下进行装车，根据装车速度、煤质、配比以及在接车、挂车、出车等不同状态下所需的牵引速度也不一样；调度绞车可在变频调速(0-50Hz)下与装车系统进行紧密配合，实现装车稳定、快速。选煤厂煤炭洗选过程中，104、106、108、110原煤振动给煤机通过变频可以调节原煤生产给煤量，可适应原煤煤质不同、配煤比例不同等不同的生产工艺要求。

3.7 变频器在608低压清扫水泵的应用

608低压清扫水泵是我厂恒压供水系统的重要组成部分，我厂供水点多，供水距离远，供水不连续，变频自动可调的清扫水泵与仪表及传感器控制可满足这种供水情况。当用水量大时，变频器接收传感器的信号加大输出，保证供水；当用量逐渐减小时，608逐渐减速并逐个停泵。这种工作方式有效的保证供水，并最大限度的保护了电机和辅助设备。当采用工频供水时，当用水量下降时，且全厂在低用水量时，电机所受阻力大，电流大，一直在这种情况下工作，电机就有烧坏的危险；阀门和管道及辅助设备所受的冲击也越大，减少了使用寿命。

4 变频器的日常维护

4.1 日常巡视

变频器在使用工程、工程技术人员需要进行定期检查，对于连续运行的变频器，可以直观地检查的工作状态。

(1)环境温度是正常的，在-10℃～+40℃范围内的温度要求，约25摄氏度，以及。

(2)看变频器在显示面板显示的电压、输出电流、频率等数据是否正常。

(3)用温度测量设备来检测温度是否过热，没有异味。

(4)变频器风机运行正常，冷却风道自由。

(5)是否显示面板上显示的字符是否清晰，是否遗漏了字符。

(6)变频器的运行中是否有故障报警显示。

(7)检查逆变器的交流输入电压是否超过允许的最大值。

4.2 常见问题

(1)过流：过流是变频器报警最为频繁的现象。

①如果在重新启动时，升速就有跳闸的现象，这是过电流十分严重的征兆，主要原因有：逆变模块损坏，机械部位有卡住，负载短路，电动机的转矩过小等原因引起。

②重新启动时不立即跳闸而是在加速时就跳闸，主要原因有：电流上限设置过小、加速时间设定过短、转矩补偿设定较高。

③上电就跳。这种现象一般不能复位，主要原因有：驱动电路损坏、模块损坏、电流检测电路损坏。

(2)过压：过电压报警往往是出现在停机的时候，其主要原因是制动单元及制动电阻有问题或减速时间太短。

(3)欠压：欠压主要原因是因为主回路电压太低，具体如下：整流桥损坏或可控硅中有工作不正常的，从而导致欠压故障，其次是主回路接触器损坏，导致直流母线电压损耗在充电电阻上，从而导致欠压．还有就是电压检测电路发生故障导致出现欠压问题。

(4)过热：过热是比较常见的故障，主要原因：散热风机堵转，温度传感器性能不良，周围环境温度过高，马达太热。

(5)输出不平衡：输出不平衡一般表现为马达经常抖动，且转速不稳定。

4.3 检修变频器的安全注意事项

维修作业时要注意人员和设备的安全，必须有人在现场进行监控。必须注意不要将变频器的输入和输出端的接头弄错，否则会损坏变频器，在修复过程中对驱动的直接损伤应注意逆变电源直流母线一般有高压力，等待时间应大于5分钟才能触摸，或人为的电容放电，之后才能继续作业；变频器在电待机状态或已开始在一个给定的速度零转速状态下，其输出端三相对地都有直流200v左右高压，必须注意安全，在控制面板检测最好不要直接触摸面板集成芯片的管脚，防止集成芯片的静电损伤，避免不必要的损失。

5 使用变频器的效益分析

(1)使用变频器可以延长设备的机械寿命，特别是改变了水泵设备以往靠阀门调整流量和压力的工况，大大降低设备的维护量。同时，利用变频器的软起动功能，使起动过程中对机械设备无冲击，节省了人力和材料成本，仅重介浅槽刮板机链条材料费每年就可节约10万元左右(每套链条约13万，使用变频调速后可延长5-6个月，正常情况下每套链条的使用寿命为6个月)。

(2)变频器不但能内部控制，而且可以外部控制，通过设定操作可实现多种控制功能。其保护功能齐全有：短路保护、过流保护、瞬时停电保护、过载保护、直流过电压保护、过热保护、欠压保护、防失速保护及自身保护等。机械制动与安全回路配合可靠，如果系统突然停电或出现紧急情况时，变频调速系统能够发出正确指令，自动实现机械制动，不会出现过流现象，电机启动电流和过载电流不会冲击电网，最大限度的保障电网的可靠性。

(3)变频器提高了电能使用效率。乌东选煤厂变频器使用功率约1250kW，一般正常运行频率为35-40Hz，则变频器节能20%-30%左右，按最少节能20%，则每小时节电1250*0.2=250kWh，根据现在乌东原煤产量，每天平均生产10小时，全年生产300天，则全年节电250*10*300=750000kW/h。

6 结束语

目前，变频调速技术已成为现代输电技术的一个主要发展方向。它具有优越的调速性能，提高了系统的安全性和可靠性，对设备的运行条件、显著的节能效果和延长设备寿命等优点。但我们的工程技术人员在选煤厂使用时，一定要注意操作环境、安装要求和位置，要设置正确的功能，特别要注意设置起动转矩，使用前应仔细检查电机的匹配设备的驱动特性和负载转矩特性，同时要综合考虑抑制变频器产生的谐波给供电系统和其他电气设备带来的不可预见的危害。