局部通风机变频调速装置在大柳塔煤矿的应用

2018-08-23侯建发

现代工业经济和信息化 2018年10期

侯建发

（国家能源集团神东煤炭集团公司，陕西神木 719315）

引言

大柳塔煤矿是国家能源集团神东煤炭集团公司的生产主力矿井，也是自动化、信息化水平最高的矿井。保证井下作业人员安全，杜绝安全生产事故也是大柳塔煤矿工作的重中之重。为了保障矿井安全生产，改善掘进队井下作业环境，保证通风安全，大柳塔煤矿在大柳塔井52煤探水巷掘进工作面首次采用了局部通风机变频调速装置，为煤矿安全生产提供安全、高效、节能的新举措。

1 变频调速装置概述

局部通风机变频调速装置是一种用于控制井下连采工作面变频局部通风机的自动化设备。大柳塔煤矿选用辽宁荣信公司生产的双变频双电源且能够在两台通风机之间自动切换的双变频调速装置，它采用了先进的控制理论、数控技术，用绝缘栅双极性晶体管（IGBT）作为功率输出器件，技术处于行业领先水平，自动化水平极高。当连采工作面出现掌子头瓦斯异常涌出，造成瓦斯积聚超限后，为确保工作面人员安全，及时调节通风机风量大小，以便迅速排出瓦斯，可提前对调速装置设置混合风流处瓦斯浓度安全值，做到提前预防。此外，调速装置通过调节风机风量大小还可以避免工作面因风速过大导致煤尘飞扬，对改善作业环境优化通风系统也有重要意义[1]。

同时，变频调速装置还实现了“双机热备”自动切换功能，即当主风机工作时，一旦发生主风机电源断电或开关控制回路发生故障等情况时，调速装置可自动切换至备用风机工作，确保掘进工作面不间断供风[2]，此外也解决了以往工频风机全负荷运转造成的电能浪费问题，实现了节能降耗。

2 工作原理

变频调速装置是由两组变频控制系统、双机切换控制器、热管自冷散热器以及防爆壳体组成。两组独立的变频控制系统分别安装在防爆壳体中左、右两个独立的腔体内，各自独立的隔爆腔与输入电源和输出负载连接，两组独立的热管自冷散热器分别完成各自变频控制系统的散热。两组变频控制系统同步接收三只瓦斯传感器，T1、T2、T3检测到浓度信号，均可依据瓦斯浓度变化自动调节通风机的转速，依需供风，保证安全的同时又可达到高效节能的目的[3]。如下页图1所示，双机切换控制器用来实现两组变频控制系统之间的数据通讯，当其中任意一组控制系统出现故障不能运行时，另一组可立即启动，保证不间断供风，双机切换控制器还带有风电、瓦斯电闭锁控制接点，供工作人员选择使用。两组相对独立的变频控制系统通过各自的人机接口自行设定参数和数据显示，调速装置在井下安装布置如下页图2所示。

3 变频调速装置智能控制及优势分析

3.1 自控排放

调速装置在自控排放状态下，根据《煤矿安全规程》规定，瓦斯传感器T3（以下简称T3，T1、T2与此相同）的设定值需小于1.5。在不同工况下，调速装置自动控制如下：启动时，当T3浓度大于安全设定值时，对于工作面来说非常危险，为避免危险扩大化，调速装置禁止启动运行，只有当T3浓度小于安全设定值时，调速装置才允许启动运行。调速装置运行后，如果 T3 浓度（φ（CH4），以下相同）小于 0.5%CH4，混合风流处的瓦斯浓度远小于T3安全设定值，此时可加快排瓦斯速度，调速装置运行在排瓦斯上限频率。如果T3浓度介于0.5%和T3安全设定值之间，则根据混合风流中的瓦斯浓度，在排瓦斯下限频率和排瓦斯上限频率50 Hz之间自动调节运行频率，实现风机调速。调速装置运行在自控排放状态中，如果T1浓度和T3浓度都小于0.5%，调速装置3 min后自动跳转到自控通风状态。如果上述条件没有满足则调速装置需要在排瓦斯状态运行20 min后，才能跳转到自控通风状态。

图1 变频调速装置的工作原理图

图2 变频调速装置在井下安装位置图

3.2 自控通风

调速装置通常正常工作时运行在自控通风状态。根据《煤矿安全规程》规定，在不同工况下，调速装置智能控制如下：调速装置自动检测T3浓度，当T3浓度超过T3的安全设定值时，调速装置将由自控通风自动跳转到自控排放运行状态。如果瓦斯传感器T1、T2、T3任何一个断线或出现故障，由于检测不到瓦斯浓度，依据安全运行和混合风流处的瓦斯浓度不超限的原则，调速装置自动运行在通风下限频率。在瓦斯传感器T1、T2浓度都小于各自的安全设定值时，为保证工作面有充足的新鲜风流，且实现节能，调速装置可自动降低运行频率直至通风下限频率。如果T1、T2浓度有任一个超过各自的安全设定值，调速装置自动将运行频率升高，直至通风上限频率（上限频率可设定）。

3.3 双电源自动切换

主通风系统故障时，调速装置通过输出接点自动控制备用通风机前级开关投入使用，并控制备用通风机启动供风。当主风机系统正常后，自动切断备用通风机前级开关并控制专线通风。将调速装置设定为“主从切换”模式，两组变频控制系统可分别设置为主机、从机。在自动切换状态下，主机、从机上电后均不启动，需由作业人员操作按下启动键，主机才能启动。调速装置正常运行时，都是主机在运行，从机备用。调速装置在“对等切换”模式下工作时，两组变频控制系统不区分主机和从机，互为备用。可通过键盘按键灵活控制主备通风机之间的切换，是真正意义上的“双机热备”。

3.4 变频调速装置的优势

现场实际应用表明，对比一般工频风机，变频风机可以在启动时减少冲击电流，启动平稳，能降低对电网的冲击和波动影响，增加电气设备的电器元件使用寿命。同时，调速以后可大大减少轴功率的消耗，节能降耗效果明显，而且可以根据矿井实际需求及采高的不同调节适合的频率，给工作面供给适宜的风量，改善作业环境。

4 变频调速装置的数据上传

伴随区域煤矿集中控制系统在大柳塔煤矿的成功应用，连采局部通风机也实现了自动化数据上传。如下页图3所示为该变频调速装置的上位机监控组态画面，可以实现远程实时监测风机的运行状态、参数等，还可以实现风机远程启动与切换测试，避免了因故障停风迫使送电人员长途跋涉到配电硐室送电的问题，大大缩短了停风时间，为矿井安全生产提供了保障。

变频调速装置具备RS485通讯功能，如下页图4所示，通过专用屏蔽电缆将RS485信号接入串口服务器，串口服务器将RS485信号转换成TCP/IP网络接口的数据，再接入光电转换模块（网络交换机），汇入井下万兆环网，上传至调度指挥中心，通过上位机组态可以实现远程控制及数据监测。