利德華福高壓變頻器在煤礦瓦斯抽放系統的應用———利德華福高壓變頻器在煤礦瓦斯抽放系統的應用
北京利德華福電氣技術有限公司
1 前言
重慶打通一礦現在年產量1500kt/a，按重慶能投（集團）公司規劃，打通一礦將逐步實現2400kt/a的原煤生產量。隨著產量逐步的增加和開采水平的延伸，礦井瓦斯涌出量和回采后的瓦斯涌出量越來越大，嚴重制約著礦井的安全生產和發展，而采用瓦斯抽放泵抽取采空區涌出的瓦斯，能有效的控制采煤工作面和回風系統的瓦斯量，使其不超過《煤礦安全規程》規定，保證礦井的生產。
對采空區瓦斯進行抽放時，如果抽放量過大，將使工作面新鮮風進入采空區，造成采空區自然發火事故。如果抽放量偏小，又不能有效的控制工作面風流中的瓦斯濃度不超過《煤礦安全規程》規定。為此，經過考察對比，選擇北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A系列高壓變頻器對瓦斯抽放泵進行調速控制，使瓦斯抽放達到最佳參數。既保證了采空區抽放的需要，又達到節能的效果。
2 抽放系統的工藝及主要參數
從采空區底板瓦斯巷道安裝直徑1000mm的瓦斯抽放管道至地面采空區抽放泵房，抽放泵采用SKA-720型水環式真空泵。抽放系統工藝見圖2.1。
相關技術參數如下：
2.1 水環式真空泵：
型號：SKA-720 最大抽速： 635m3/min
額定轉速：340r/min 極限真空度：160MPa
2.2 配用電動機：
型號：YB63052-4 額定功率：900kW
額定電壓：6kV 額定電流：104.2A
額定轉速：1483r/min 功率因數：0.87
3 高壓變頻器調速系統方案
3.1高壓變頻器的系統結構特點
HARSVERT-A系列高壓變頻器由移相變壓器、功率單元模塊和控制器組成。內部十五個相同的功率單元模每五個模塊為一組構成一相，分別對應高壓回路的三相。其系統結構圖見圖3.1
圖3.1 高壓變頻器系統結構圖
移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成30脈沖整流方式，這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電流波形，使其負載下的網側功率因數接近1。
功率單元是一種單相橋式變換器，為一種交-直-交單相逆變電路。由輸入干式變壓器的副邊供電，經三相全橋整流、濾波電路濾波后由4個IGTB以PWM進行控制，產生設定的頻率波形。每個功率單元結構完全一致，可以互換。其電路結構見圖3.2。當某一單元出現故障時，通過繼電器K閉合，可將此單元旁路出系統而不影響其他單元的運行，變頻器可以持續降額運行，通過這種旁路功能可以減少很多場合下停機造成的損失。
圖3.2 功率單元電路結構圖3.2 高壓變頻器技術參數
根據瓦斯抽放泵電動機參數和現場需要，配置1臺高壓變頻器，其詳細參數如下：
變頻器型號：HARSVERT-A06/110
適配電動機功率：900kW
額定輸出電流：110A
輸入功率因數：0.95（＞20%負載）
變頻器效率：額定負載下＞0.96
輸出頻率范圍：0.5Hz～120Hz
輸出頻率分辨率：0.01Hz
過載能力：120%1min，150%立即保護
模擬量輸入：0～10V/4～20mA任意設定
模擬量輸出：兩路0～10V/4～20mA可選
加、減速時間：0.1～3000s
控制開關量輸入/輸出：4路輸出/4路輸入
冷卻方式：風冷
3.3 主回路方案 圖3.3 電氣主回路原理圖
瓦斯抽放泵與礦井主通風機一樣是煤礦的主要設備，根據《煤礦安全規程》規定，采用雙回路電源供電，瓦斯抽放泵房內安裝2臺瓦斯抽放泵，1臺運行1臺完好備用。因此選用高壓變頻器一拖二方案。其電氣主回路原理如圖3.3。
采用以上主回路方案，可以實現以下幾種運行方式：
⑴ Ⅰ段母線電源供電，用變頻器運行1#瓦斯抽放泵：由QS1、QF1、QS3、QS7組成。
?、?Ⅰ段母線電源供電，用變頻器運行2#瓦斯抽放泵：由QS1、QF1、QS3、QS8組成。
?、?Ⅱ段母線電源供電，用變頻器運行2#瓦斯抽放泵：由QS2、QF2、QS4、QS8組成。
?、?Ⅱ段母線電源供電，用變頻器運行1#瓦斯抽放泵：由QS2、QF2、QS4、QS7組成。
?、?Ⅰ段母線電源供電，用工頻運行1#瓦斯抽放泵：由QS1、QF1、QS5組成。
⑹ Ⅱ段母線電源供電，用工頻運行2#瓦斯抽放泵：由QS2、QF2、QS6組成。
3.4 高壓變頻器的安裝調試
⑴ 瓦斯抽放泵房抽取的是可燃易爆氣體，泵房內所有電氣設備均為礦用防爆設備，而高壓變頻器為非防爆產品，為此，將高壓變頻器與瓦斯抽放泵房隔離安裝在獨立的電控室內。變頻器至電動機采用高壓電纜敷設。
?、?安裝完畢系統空重負荷試車后，瓦斯抽放系統投入運行，根據運行情況分別對瓦斯抽放泵運行在30Hz～50Hz進行了參數考察，其考察參數（平均值）統計如表3.1：
表3.1 瓦斯抽放系統運行參數統計表 4瓦斯抽放系統使用變頻器的效果分析
4.1滿足了工況運行的需要
采空區抽放系統，主要是為以滿足采煤工作面在回采過程中瓦斯不超過《煤礦安全規程》的規定，從而保證礦井的安全生產。根據考察，瓦斯抽放泵一般運行在35Hz～45Hz之間，運行頻率與采煤工作面和接抽尾排孔的距離有關。當工作面推進與接抽尾排孔較進時，運行頻率較低，反之運行頻率較高。通過定期測定采煤工作面瓦斯抽放參數進行分析，確定瓦斯抽放泵的運行頻率，以滿足采空區抽放的需要，即保證了回采工作面瓦斯不超限，工作面的安全工作環境得到保障；又能保證工作面的新鮮風不進入采空區，避免采空區自然發火事故的發生。從而使回采工作面的原煤產量得到了很大的提高。
4.2變頻器軟啟動的效果
瓦斯抽放泵電動機功率大，如果采用直接啟動，啟動時間長，啟動電流大，對電動機的絕緣有著較大的威脅，啟動壓降對電網的影響較大，對設備的機械沖擊大。采用變頻器實現了瓦斯抽放泵的軟啟動和軟停車，具有如下效果：
⑴ 消除了電動機因啟動和停車對設備的沖擊，延長了瓦斯抽放泵以及電動機的使用壽命；
?、?限制了啟動時的啟動電流對電網的沖擊，減少了啟動峰值功率損耗；
?、?瓦斯抽放泵的運轉速度下降后，改善了設備運轉部位的潤滑條件，降低了傳動裝置的故障。
4.3 變頻運行的節能效果
4.3.1 變頻運行節能計算<
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