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利德华福高压变频器在煤矿瓦斯抽放系统的应用———利德华福高压变频器在煤矿瓦斯抽放系统的应用

2012-04-15北京利德华福电气技术有限公司

  1 前言
  重庆打通一矿现在年产量1500kt/a,按重庆能投(集团)公司规划,打通一矿将逐步实现2400kt/a的原煤生产量。随着产量逐步的增加和开采水平的延伸,矿井瓦斯涌出量和回采后的瓦斯涌出量越来越大,严重制约着矿井的安全生产和发展,而采用瓦斯抽放泵抽取采空区涌出的瓦斯,能有效的控制采煤工作面和回风系统的瓦斯量,使其不超过《煤矿安全规程》规定,保证矿井的生产。

  对采空区瓦斯进行抽放时,如果抽放量过大,将使工作面新鲜风进入采空区,造成采空区自然发火事故。如果抽放量偏小,又不能有效的控制工作面风流中的瓦斯浓度不超过《煤矿安全规程》规定。为此,经过考察对比,选择北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A系列高压变频器对瓦斯抽放泵进行调速控制,使瓦斯抽放达到最佳参数。既保证了采空区抽放的需要,又达到节能的效果。

  2 抽放系统的工艺及主要参数
  从采空区底板瓦斯巷道安装直径1000mm的瓦斯抽放管道至地面采空区抽放泵房,抽放泵采用SKA-720型水环式真空泵。抽放系统工艺见图2.1。

图2.1  抽放系统工艺示意图
  相关技术参数如下:
  2.1 水环式真空泵:

  型号:SKA-720                       最大抽速: 635m3/min
  额定转速:340r/min                  极限真空度:160MPa
    2.2 配用电动机:
  型号:YB63052-4                       额定功率:900kW
  额定电压:6kV                         额定电流:104.2A
  额定转速:1483r/min                   功率因数:0.87
  3 高压变频器调速系统方案
  3.1高压变频器的系统结构特点
  HARSVERT-A系列高压变频器由移相变压器、功率单元模块和控制器组成。内部十五个相同的功率单元模每五个模块为一组构成一相,分别对应高压回路的三相。其系统结构图见图3.1

图3.1 高压变频器系统结构图


  移相变压器的副边绕组分为三组,构成30脉冲整流方式,这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形,使其负载下的网侧功率因数接近1。

  功率单元是一种单相桥式变换器,为一种交-直-交单相逆变电路。由输入干式变压器的副边供电,经三相全桥整流、滤波电路滤波后由4个IGTB以PWM进行控制,产生设定的频率波形。每个功率单元结构完全一致,可以互换。其电路结构见图3.2。当某一单元出现故障时,通过继电器K闭合,可将此单元旁路出系统而不影响其他单元的运行,变频器可以持续降额运行,通过这种旁路功能可以减少很多场合下停机造成的损失。

图3.2 功率单元电路结构图
  3.2 高压变频器技术参数
  根据瓦斯抽放泵电动机参数和现场需要,配置1台高压变频器,其详细参数如下:
  变频器型号:HARSVERT-A06/110
  适配电动机功率:900kW
  额定输出电流:110A
  输入功率因数:0.95(>20%负载)
  变频器效率:额定负载下>0.96
  输出频率范围:0.5Hz~120Hz
  输出频率分辨率:0.01Hz
  过载能力:120%1min,150%立即保护
  模拟量输入:0~10V/4~20mA任意设定
  模拟量输出:两路0~10V/4~20mA可选
  加、减速时间:0.1~3000s
  控制开关量输入/输出:4路输出/4路输入
  冷却方式:风冷
  3.3 主回路方案    

图3.3 电气主回路原理图
  瓦斯抽放泵与矿井主通风机一样是煤矿的主要设备,根据《煤矿安全规程》规定,采用双回路电源供电,瓦斯抽放泵房内安装2台瓦斯抽放泵,1台运行1台完好备用。因此选用高压变频器一拖二方案。其电气主回路原理如图3.3。
  采用以上主回路方案,可以实现以下几种运行方式:
  ⑴ Ⅰ段母线电源供电,用变频器运行1#瓦斯抽放泵:由QS1、QF1、QS3、QS7组成。
  ⑵ Ⅰ段母线电源供电,用变频器运行2#瓦斯抽放泵:由QS1、QF1、QS3、QS8组成。
  ⑶ Ⅱ段母线电源供电,用变频器运行2#瓦斯抽放泵:由QS2、QF2、QS4、QS8组成。
  ⑷ Ⅱ段母线电源供电,用变频器运行1#瓦斯抽放泵:由QS2、QF2、QS4、QS7组成。
  ⑸ Ⅰ段母线电源供电,用工频运行1#瓦斯抽放泵:由QS1、QF1、QS5组成。
  ⑹ Ⅱ段母线电源供电,用工频运行2#瓦斯抽放泵:由QS2、QF2、QS6组成。
  3.4 高压变频器的安装调试
  ⑴ 瓦斯抽放泵房抽取的是可燃易爆气体,泵房内所有电气设备均为矿用防爆设备,而高压变频器为非防爆产品,为此,将高压变频器与瓦斯抽放泵房隔离安装在独立的电控室内。变频器至电动机采用高压电缆敷设。
  ⑵ 安装完毕系统空重负荷试车后,瓦斯抽放系统投入运行,根据运行情况分别对瓦斯抽放泵运行在30Hz~50Hz进行了参数考察,其考察参数(平均值)统计如表3.1:
  表3.1 瓦斯抽放系统运行参数统计表

  4瓦斯抽放系统使用变频器的效果分析
  4.1满足了工况运行的需要
  采空区抽放系统,主要是为以满足采煤工作面在回采过程中瓦斯不超过《煤矿安全规程》的规定,从而保证矿井的安全生产。根据考察,瓦斯抽放泵一般运行在35Hz~45Hz之间,运行频率与采煤工作面和接抽尾排孔的距离有关。当工作面推进与接抽尾排孔较进时,运行频率较低,反之运行频率较高。通过定期测定采煤工作面瓦斯抽放参数进行分析,确定瓦斯抽放泵的运行频率,以满足采空区抽放的需要,即保证了回采工作面瓦斯不超限,工作面的安全工作环境得到保障;又能保证工作面的新鲜风不进入采空区,避免采空区自然发火事故的发生。从而使回采工作面的原煤产量得到了很大的提高。
  4.2变频器软启动的效果
  瓦斯抽放泵电动机功率大,如果采用直接启动,启动时间长,启动电流大,对电动机的绝缘有着较大的威胁,启动压降对电网的影响较大,对设备的机械冲击大。采用变频器实现了瓦斯抽放泵的软启动和软停车,具有如下效果:
  ⑴ 消除了电动机因启动和停车对设备的冲击,延长了瓦斯抽放泵以及电动机的使用寿命;
  ⑵ 限制了启动时的启动电流对电网的冲击,减少了启动峰值功率损耗;
  ⑶ 瓦斯抽放泵的运转速度下降后,改善了设备运转部位的润滑条件,降低了传动装置的故障。
  4.3 变频运行的节能效果
  4.3.1 变频运行节能计算<

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