朝川矿一井西风井主扇风机的技术升级改造

徐帅

【摘要】煤矿主扇风机是矿井的主要大型固定设备之一，被认为是矿井的“心肺”，通风能力偏低制着约我井的安全生产和持续发展。朝川矿一井西风井主扇风机及电控系统通过技术升级改造实现了风机不停风状态下自动倒机且又满足了矿井的通风需求，各项指标均符合《煤矿安全规程》规定，标志着我井主扇风机技术升级改造工程圆满完成。

【关键词】主扇风机，电控系统，升级改造，自动倒机

引言

朝川矿2016年提出了实现原煤生产150万吨的目标，是一座大型的现代化矿井，而一井又是朝川矿的主力矿井。一井的通风方式为中央边界式，西风井原来安装两套BDK618-6№20型主扇，一套工作，一套备用。随着矿井开采深度的加大、井下巷道的不断延伸和井田范围的不断扩大，所需的风量、风压也随之增加。原运行的主扇风机已经无法满足矿井的安全生产和持续发展。

针对以上情况，朝川矿一井决定对西风井主扇风机进行技术升级改造，淘汰原运行的主扇风机，更换型号为FBCDZ№30/2×560煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流通风机，尤其是重新改建风道增加了百叶窗式的电动副风门、主风门；新安装12台高压开关柜、3台低压柜；增加1台直流屏等。升级改造后风量不仅满足了生产的风量需求，而且监控系统可以对主扇风机的倒机进行精确控制，同时可以实现对通风系统的风量、负压、性能参数、电机工作参数及起停状态的在线实时监测，自动化水平得到了大大提高。

1.新主扇风机的主要技术参数

1.1 主扇风机主要参数

型号：FBCDZ№30/2×560煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流通风机；

风量：60-253m?/S；

静压：280-5400Pa。

1.2 电机主要参数

型号：YBF630M1-8；

额定电压：6000V；

额定电流：2×71.1A；

额定功率：2×560KW；

轉速：740r/min。

1.3 电气控制部分

KYGC-Z高压开关；

1.4 监控系统

KJZ-5型通风机监控系统。

2.新主扇风机高压供电方案及电机的启动方式

2.1 高压供电方案

新主扇风机采用双回路6KV供电，电源分别来自我矿水电厂，高压配电室内两段母线分列运行。

2.2 电机的启动方式

主扇风机电机的启动方式主要分为全压启动和降压启动两大类。不同的启动方式，启动电流和启动转矩均不相同。

2.2.1 全压启动

主扇风机电机的机械设计通常能够承受全压启动时的机械冲击，全压启动的启动转矩大，启动控制设备简单，是最简单、最可靠、最经济的启动方式，当电机容量较小、电源容量足够大、符合电机全压启动条件时应优先采用全压启动。

2.2.2 降压启动

主扇风机电机降压启动方式主要包括电抗器降压启动、自耦变压器降压启动、星-三角降压启动、各种软启动和变频软启动。不论哪种降压启动方式，虽然降低了启动电流，但启动转矩减小，启动时间延长，绕组温升高，启动设备复杂，投资高，只有在电源容量较小、电动机容量较大、不满足全压启动条件时才考虑采用。

根据朝川矿一井供电电网的容量、机械负载对启动转矩的要求、电机本身的特点等因素进行了具体的分析，主扇风机电机的启动方式选择了全压启动。

3.新主扇风机监控系统的操作与功能

主扇风机监控系统已实现通风参数在线监测、不停风倒机自动控制和故障提示自动倒机三大功能。另外，为了管理需要，还定制了用户登陆、风量、负压、温度历史曲线、网络拓扑、高压柜配电、参数设置界面。

3.1 监控系统开机和关机

3.1.1 开机

监控系统开机工作顺序如下：

1）将操作柜内的监测系统总电源空气开关QF1闭合，此时UPS得电；

2）按下UPS开关按钮，此时UPS输出220V交流有电。

3）将操作柜内的空气开关QF2闭合，此时温度巡检仪、风扇和电源模块EIP1（输入、输出回路、指示灯回路、外部信号回路、传感器回路）上电；

4）将操作柜内的空气开关QF3合上，将EIP2、EIP3/EIP4开关打开此时CPU得电及ET200M得电。

5）将2个PLC的CPU模块由STOP拨到RUN，PLC系统即启动，而后自检，自检完成后自动进入工作状态。此时检查是否有红灯。

3.1.2 关机

监控系统的关机顺序与开机顺序相反。

3.2 监控系统的用户登陆和参数设置。为了方便用户管理，监控系统设计了用户登陆和报警参数设置界面：

3.2.1 用户权限管理

为了防止主扇司机人员误操作监控界面上的按钮，系统设置了权限，只有管理人员登录以后，才能进行的操作。系统设置权限的操作有：风机切换按钮，高压柜界面上的进线柜、母联和电机合闸跳闸按钮，报警设置中报警值及退出系统按钮。

3.2.2 报警参数设置

报警限设置：系统主要有风量、负压、温度报警限和振动报警限的在线设置。

报警限设置：轴承温度高温报警限85℃，定子温度高温报警限125℃。系统所设置的轴承温度上限为80°定子温度上限为120°，振动上限为4.5mm；风量的低限、负压的高限具体数值根据主扇风机特性和井下实际用风量进行设置。

3.3 监控画面功能及操作

风机监控系统画面主要包括：监控主画面、日报表、历史曲线、报警查询、网络拓扑、高压柜、面板集控、性能曲线、报警设置、倒机条件等。

3.3.1 监控主画面

监控主画面实时显示风机的运行状态、风门的状态及开度、风机轴承、电机轴承和定子的温度、风机的振动、电机的电压、电流、功率及功率因数等。

3.3.2 日报表

日报表每小时整点记录风机运行的一些参数，可以通过“手动保存数据”按钮实时记录。“查询历史报表”按钮可以查询过去的数据记录，如果没有该日报表数据，会提示重新选择查询日期。再查到某一天数据后，如果想返回当日报表，单击“返回当日报表”按钮。

3.3.3 历史曲线

历史曲线包括风量、负压、振动和温度历史曲线，历史曲线记录了风机历史运行参数，通过查询过去参数分析风机的运行状态，预测风机可能会出现的故障。

3.3.4 报警查询

报警查询记录了模拟量和开关量的报警信息，通过画面上的按钮可以查询过去的报警记录。有以下几种查询方法：日期查询，温度报警查询，振动报警查询。

3.4 系统的不停风倒机控制功能

监控系统在保留风机原有的就地倒机操作的基础上，设计增加了“远方手动倒机和远方自动一键倒机”两种操控方式。但必须注意倒机的首要前提条件是：1#和2#检修门已全部打开。

3.4.1 系统的远方手动倒机过程

系统的远方手动倒机过程指在集控室内，由值班人员依据倒机规程通过操作台上的按钮实现的倒机过程。

1）切换到倒机条件画面，检查操作台1#风机1#电机，1#风机2#电机，2#风机1#电机，2#风机2#电机共计四个远控指示灯状态正常；

2）检查操作台1号主、副风门，2号主、副风门，共计四个远控指示灯状态正常；

3）检查操作台备用风机副风门开到位指示灯状态正常；

4）将操作台“操作状态选择”置于手动方式，准备倒机；

5）启动备用风机2#电机，检查确认电机已正常启动，等待电机启动冲击电流回落（约15S）；再启动备用风机1#电机，检查确认电机已正常启动，等待电机启动冲击电流回落（约15S），确认风机已经正常运行；

6）停原运行风机的1#电机和2#电机；

7）关闭原运行风机的主风门，打开原运行风机的副风门，打开已启动的备用风机主风门；

8）检查落实上述三个风门已执行规定动作，并计时约20秒钟；

9）20秒钟时间到后，关闭已启动的备用风机副风门，检查落实副风门已执行关闭动作；

10）依次检查备用（现挂网运行）风机的主风门开到位，副风门关到位，原运行风机主风门关到位，副风门开到位情况；

11）倒机完毕。

3.4.2 系统的不停风自动倒机功能

系统的不停风自动倒机指在集控室内，由值班人员在监控界面上“一键操作”启动的倒机模式，其余操作均由PLC自动完成。但必须注意倒机的首要前提条件是：1#和2#检修门已全部打开。

1）切换到倒机条件画面，检查操作台1#风机1#电机，1#风机2#电机，2#风机1#电机，2#风机2#电机共计四个远控指示灯状态正常；

2）检查操作台1号主、副风门，2号主、副风门，共计四个远控指示灯状态正常；

3）检查操作台备用风机副风门开到位指示灯状态正常；

4）将“操作状态选择”置于自动方式，若原本置于“自动”监控状态，请务必先打到中间位置再打到“自动”；

5）将“自动倒机”转换开关置于要倒的风机号（比如要倒到2#风机，请将“自动倒机”转换开关置于2）倒机开始；或者在监控界面用户管理员登录，界面上1-2/2-1按键将会激活，单击将要进行的倒机操作，系统会弹出确认对话框，单击确认，倒机开始。

4.新主扇风机故障状态下倒机

4.1 故障状态下自动倒机

在风机和监控系统正常工作的情况下，请务必将“操作状态选择开关”置于中间位置，风机、风门控制置于远方操作，“自动倒机”转换开关置于中间空挡。

在通风机运行过程中如发生电机掉电故障，监控系统将首先会发出声光报警，监控画面会弹出风机掉电的提示框。此时，如果想要实现故障倒机，那么将“操作状态选择开关”打到自动位置，系统即会自动执行倒机程序。待故障倒机完成后，将“操作状态选择”打到中间位置执行一次复位。而后在监控系统的掉电倒机画面上，点击确定即可。

4.2 选择故障人工倒机

如不符合故障倒机条件，或者想选择人工倒机方式，只需依据提示在故障自动倒机之前将“操作状态选择”切换至“手动”，注意此时倒机可以借助监控系统的按钮进行远方控制，其倒换方式宜采用传统的“停机倒机”（即把原运行风机停下来，主风门关闭，打开备用风机主风门，关闭备用风机副风门后，再启动备用风机）。具体操作如下：

1）现场将风机、风门操作控制权置于远控状态；

2）将监控系统操作台上的“操作状态选择”置于手动方式，准备倒机；

3）停原运行风机电机；

4）关闭原运行风机的主风门，打开原运行风机的副风门，打开备用风机的主风门，关闭备用风机副风门，并检查到位状态；

5）启动备用风机电机，检查确认电机已正常启动，等待电机启动冲击电流回落；

6）倒机完毕。

5.结语

朝川矿一井主扇风机技术升级改造以后风量和负压分别增加至7375m?/min、2471Pa，满足了井下的生产需求。监控系统实现了对主扇风机及其附属设备性能参数、运行状态的在线实时监测和远程集中控制。先进的控制功能、良好的操控性，满足现场复杂的工况要求，切实提高了主扇风机的可靠性水平和自动化程度。

参考文献：

[1]杨俊生，孙利刚，朱英浩. PLC控制系统在风机中的应用[J]. 电工技术杂志. 2004（07）

[2]廉原原.煤矿主扇风机自动化控制与监控[J]. 河北能源职业技术学院学报. 2012（02）

[3]李鋼.变频技术在矿井主扇风机中的应用[J]. 能源与节能. 2014（08）