变频控制在矿用对旋轴流通风机的应用.pdf

2 0 1 3年 9月 第 1 6卷 第 9期 贵州 电力技术 2 0 1 3，Vo l ，1 6，No ． 9 GUI Z HoU ELECTRI C P OW ER TECHNoLoGY 发电研究 P o we r Ge ne r a t i o n 变频控制在矿用对旋轴流通风机 的应用 艾继纯 中电投贵州金元集团股份有限公司， 贵州 贵阳5 5 0 0 0 4 摘要 通过对矿用对旋轴流通风机 和变频控 制技 术特 点的分析 ， 并结合具体设 计应 用研 究， 解决 了矿 用对 旋轴流 通风机启动、 调速、 节能、 自动控制、 可视化监控等关键性问题， 有效的提高了主扇风机的运行控制性能和经济性。 关键 词 变频控制 ； 矿 用对旋轴流通风机 ； 调速 ； 节能 ； P L C 文章编号 1 0 0 8 0 8 3 X 2 0 1 3 0 9 0 0 1 8 0 3 中图分类号 T K 2 2 文献标志码 B 1 矿用对旋轴流通风机概 述 由于煤矿企业受复杂的生产条件和环境影响 ， 在设备选型上煤矿根据反风及开采后期运行工况所 设计 的通风机及拖动电动机 的功率 ， 远大于煤矿正 常生产所需的运行功率 ， 造成了大马拉小车的普遍 现象， 在矿井的开采初期和后期这种现象更加明显。 2 矿用对旋轴流通风机采用变频控制必要 性的分析 对矿用主扇风机启动、 调速、 监测的控制一直是 影响通风机可靠性和经济性的重要 因素。以往受传 统观念 、 价格 以及技术成熟度等因素的影响 ， 主扇风 机一般采用投资较小 、 结构较简单的高压直接启 动 或由接触器组成 的星三角转换启动 ， 恒速运行的方 式。其缺点主要表现在 1 启动困难 ， 机械损伤严重。主扇风机采 用 直接启动， 但由于启动时间长 ， 启动电流大 ， 对 电动 机的绝缘有着较大的威胁 ， 严重时甚至烧毁电动机 。 而高压电动机在启动过程中所产生的单轴转矩现象 会使风机产生较大 的机械振动应力 ， 严重影响 电动 机、 风机及其它机械的使用寿命 ； 采用星三角转换启 动 由于受 电机线圈的限制， 同样存在启动时间长和 对电网和设备的冲击 ， 而且矿井需要紧急反风时， 不 能快速完成操作。 2 自动化程度低。主扇风机采用这两种控制 方式仅用于起动后开关通断使用 ， 不可对电机调速。 当井下通风巷道风量风压太大或太小时 ， 需依靠人 工调节风机叶片角度 ， 更不具备风量 的 自动实时调 节功能 ， 自动化程度低 。在故障状态下 ， 如风流短 1 8 ． 路 ， 将对矿井正常生产造成严重影响。 3 电能的严 重浪 费。主扇风 机设计 上余 量 大 ， 主扇风机一直处在较轻负载下运行。由于风机 转速不能调整 ， 而采用调节挡板改变风量 ， 因此造成 能源浪费， 增加了生产成本 。 近年来随着 G T R， G T O， I G B T ， I G C T等全控型器 件 的发展 ， 各类容量 和电压等级 的变频器作 为一种 新型的电力控制方式 ， 已经成熟 地应用到工业生产 的各个行业 ， 不但启动容易 ， 节能效果显著 ， 而且对 电机的保护功能齐全。因此 ， 为保证矿井生产 的安 全 ， 降低生产成本 ， 提高 自动化程度 ， 在新建矿井和 旧矿井改造 中对主扇轴流通风机采用变频控制成为 一 种必然的选择。 3 变频装 置主要技术指标的确定 经过对各类变频器 结构特 点 的分析 ， 以贵 州 某新 建 井 工 煤 矿 设 计 产 能 4 5万 吨／ 年 2 9 0 K W 两 台主扇风 机为案 ， 说 明怎 样确 定变频 装 置 的主要技 术 指标 作 为对两 台主扇 风机 进行 驱 动和控制 的设计依据 。 3 ． 1 风机电机和变频器电压等级的确定 主要考虑的是电机功率和性价比等因素。一般 以4 0 0 k W ～ 5 0 0 k W 为界 ， 电机功率较小于这个范 围 的采用低压 ， 反之采用中压或高压。 为简化和减少变配电环节 以及节约投资 ， 本案 选择低 一 低结构 ， 即采用 2台对旋式轴流风机 ， 每台 内置两个防爆变频电机 9 0 k W／ 6 6 0 V ， 高压变电所 降压为 6 6 0 V后向风机配电系统提供双 回路供电电 源， 风机配电系统电源为 6 6 0 V， 采用双进线 、 母线分 段结构 ； 变频器电压等级选用 6 9 0 V A C。 第 9期 艾继纯 变频控制在矿用对旋轴流通风机的应用 3 ． 2 电机驱动方式的确定 对于风机电机的驱动有一拖一和一拖二两种方 式 ， 当选择一拖二时必须要考虑变频器到电动机的 电缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过 规定值 ， 要放大～档或两档来选择变频器。另外在 此种情况下 ， 变频器 的控制方式只能为 V ／ F控制方 式 ， 并且变频器无法保护电动机 的过流 、 过载保护 ， 此时需在每台电动机上加熔断器来实现保护。 为使控制系统的可靠性更高， 本案电机驱动采 用变频器一拖一方式 ， 由于具有 了高可靠性本 案不 设旁路起动柜 。 3 ． 3 变频器容量的确定 一 般 以实 际电机 电流值 作为变频器选择 的依 据 ， 电机的额定功率作为参考 ， 并考虑高环境温度 、 高开关频率、 高海拔高度等等因素。 考虑 到 本 案 安 装 使 用 地 点 海 拔 高 度 接 近 2 0 0 0 m需 要 降容 每 l O O m 降容 1 ％ ， 8极 电机 的 电流 较大 ， 以及 可 能 的短 时过 载 ， 故变 频器 选 型上升一级 。 3 ． 4 变频器种类的确定 变频器根据其 不同的分类原则有多种分类 方 式 ， 如 按主回路结构形式可分为电流源型和电压源 型 ， 按控制方式可分为 U ／ f 控制、 转差频率控制 、 矢 量控制和直接转矩控制等。一般主要根据电动机所 带的负载类型来确定变频器的种类。 本案的负载属于风机和水泵类普通负载， 对变 频器的要求最为简单 ， 可选择 多种类型 的变频器均 能满足要求。 3 ． 5 监控方式的确定 主要根据使用单位对设备价格和 自动化程度的 不同要求来选择。 本案选择独立的 P L C柜负责监测监控 ， 监控站 人机界面采用一套组态软件 ， 自动化程度较高 。 4 控制 系统设计应 用研 究 通过 以上对本案主要技术指标 的分析 ， 设 计本 案系统构成 主要为 变频器柜 4面、 低压配 电柜 5 面、 P L C控制柜 l面 、 就地监控站 1 个 ， 以及传感器 、 风门就地控制箱、 线缆等几大部分所组成 。 4 ． 1 变频 器柜 4面 变频器选用 A B B公司的 AC S 8 0 00 1 0 1 2 0 7E 2 0 5壁挂式变频传动装置 额定 电压 等级 6 9 0 V A C； 无过载应用 1 1 0 k W， 轻过载应用 9 0 k W； 标 配的内置 E MC滤波器可减少高频辐射的危害 ， 降低 尖峰 电压对电机的损害 ； 变频器通过接受 P L C给出 的开关量和模拟量给定信号 ， 实现起停和变频调速。 4 ． 2 6 6 0 V进 线柜 2面 断路器采用 A B B的 3 N 2 5 0 R 2 5 0 ／ 3 P抽 出式 ， 带电动操作机构 ， 有分合 闸指示 ； 装 电压表 三相切 换 、 每相电流表 ； 具有相序监测 ， 过压吸收 ， 长时欠 压保护。 4 ． 3 6 6 0 V联络柜 1面 联络柜断路器采用 A B B的 3 N 2 5 0 R 2 5 0 ／ 3 P抽 出式， 带电动操作机构， 有分合闸指示。 4 ． 4 6 6 0 V低压柜 2面 6 6 0 V ／ 3 8 0 V干式变压器容量 3 0 k V A； 断路器采 用 A B B的 S 1 N 1 2 5 R 5 0固定式 ， 有分合 闸指示； 多路 3 8 0 V馈电输出。 4 ． 5 P L C控制柜 1 面 选用 日本三菱 Q系列 P L C， 具有极 高的性价 比 和稳定性 ； P L C配置 以太 网、 A ／ D、 D ／ A、 P t l 0 0 、 D I 、 D O模块； 面板操作， 柜体具有空气循环对流措施。 P L C的 P t l 0 0模块使得电机预埋 的绕组和轴承 温度 P t l O 0电阻可 以直接接人 P L C， P L C采 用以太 网模块与监控站工控机构成对等 的工业局域 网， 极 大提高可靠性 。 P L C控制柜设有电源 自动投切装置， 以确保控 制母线电源、 P L C电源和蝶阀风 门电源不断电， 设有 蝶阀风门电动执行器正反转主回路。 4 ． 6 监控站 1个 就地监控站放置在风机房 的监控室 ， 由一个操 作台、 一个工控机 含组态监控 软件 、 以太 网交换 机等组成 。 1 系统配置。工控机选用 D E L L 3 9 0 M T ， 配 2 2 英寸液晶显示器 D e l l E 2 2 1 l H， 工业监控组态软件选用 MC G S 5 1 2点 ； 监控站与 P L C以太网模块， 以及远程 监控站的以太网接 口模块通过交换机连接 ， 构成一个 小型工业 以太局域网， 分享所有的采集到的数据信息 和控制信息， 相互之间的通讯速率可达到 1 0 0 Mb i t ／ s ； 交 换机选用 MI E一 1 1 0 8 S工业以太网交换机， 有 7电口和 1 个光口； 操作台共 2 个台位 ， 防护等级 I P 2 2 。 2 组态软件。采用 已经在 国内广泛应用 的工 业监测、 监视、 控制 软件 M C G S 6 ． 2作为系统监控软 件的开发平台， 其可稳定运行于基于 Mi c r o s o f t 的各种 1 9 贵州电力技术 第 1 6卷 则 ， 本文参考了现有的统计指标 ， 并结合电网企业 的 特点 ， 选择 了影 响较 大的指标 要素 ， 基 于平衡 计分 卡 ， 建立如下评价指标体系。 ②指标权重的分配和评价方法。指标权重是一 个相对的概念 ， 是针对某 一指标而言。某一指标 的 权重是指指标在整体评价中的相对重要程度。指标 权重表示在评价过程 中， 是被评价对象的不同侧面 的重要程度的定量分配 ， 对各评价 因子在总体评价 中的作用进行 区别对待 ， 事实上 ， 没有重点的评价就 不算是客观的评价 ， 每个员工的性质和所处的层次 不同， 其工作的重点也肯定不能一样 ， 因此 ， 相对 岗 位所进行 的岗位评价必须对不 同内容对 目标贡献的 重要程度做出估计 ， 即权重的确定。 为 了科学合理的给各个指标赋权重 ， 本文在上 述基于平衡计分卡思想的指标设计的体系基础上 ， 运用熵权法来度量样本数据提供的信息量比重 。 a 原始数据的获取。有关 电网经济效益审计 绩效评价指标 的原始数据 ， 可通过审计部 门历年积 累的审计档案资料 、 行业 内其他单位或其他机构公 开披露的数据来获取 ， 并进行一定的有效性分析 和 处理 如可信度分析 。 b 绩效 评价指标的获取。一般而言 ， 不 同的 评价指标往往具有不同的量纲。为了消除量纲的不 同所带来的不可公度性 ， 在进行多指标评价之前 必 须将评价指标进行规范化处理 ， 最后得到规范化评 价矩阵。 4 结论 结合电网企业 的特点， 基于平衡记分卡建立 了 经济效益审计绩效评价指标体系 ， 并采用熵值法法 绩效评价指标赋权 ， 最后算 出企业的绩效分值。这 种方法把定性和定量相结合 ， 又易于编制相应 的计 算机应用软件 ， 具有很好的实用性。 参考文献 [ 1 ] 盛晓萍， 我国电网企业的价值内涵， 国家电网报， 2 0 1 0 ． 4 ． 1 3 ， 第 6版． [ 2 ] 龚璇 ， 省级 电网企业综合绩效评价若 干问题的探析 ， 中国电力 教育 企业经营管理 ， 2 0 1 0 ， 第 1 O期． [ 3 ] 冉 斌 ， 如何进 行三层 级绩 效管理 ， 深 圳 海天 出版社 ， 2 0 0 4 ． 234 4． [ 4 ] 周晓华， 电力企业绩效评价的现状分析及建议， 电力技术经 济 ， 2 0 0 1 ． 6 ． [ 5 ] 叶畅东 ， 关键绩效指标体系建立研究． 现代管 理科 学 ， 2 0 0 5 ， 1 2 7 1 0 01 0 1 ． 收稿 日期 2 0 1 30 41 1 作者简介 张晓菁 1 9 6 0一 ， 女 ， 大专， 会计师 ， 现主要从事审计工作 。 本文责任编辑 巫婵娟 Bu i l di n g t he pe r f o r ma n c e e v a l ua t i o n i nd e x s y s t e m o f e c o n o mi c b e ne fit s a u di t i ng f o r e l e c t r i c po we r g r i d e n t e r pr i s e s Z h a n g X i a o j i n g G u i y a n g p o w e r s u p p l y b u r e a u ， G u i y a n g ， 5 5 0 0 0 1 G u i z h o u ， C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n a n a l y z i n g t h e c o n t e n t a n d i n d e x s y s t e m o f e c o n o mi c b e n e fi t s a u d i t i n g f o r e n t e r p r i s e， c o mb i n e d w i t h t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f p o w e r gad e n t e r p ri s e s ， t h e p e r f o r ma n c e e v a l u a t i o n i n d e x s y s t e m o f e c o n o mi c b e n e fi t s a u d i t i n g w a s e s t a b l i s h e d b a s e d o n t h e c o n c e p t o f t h e b ala n c e d s c o r e c a r d ． Ke y wo r d s e c o n o mi c b e n e fi t s a u d i t i n g；p e rfo r ma n c e e v a l u a t i o n；p o we r g ad 上接第 2 0页 “ ””“““ n”” App l i c a t i o n o f f r e q ue n c y c o n v e r s i o n c o nt r o l i n c o nt r a - r o t at i n g a x i a l - flo w f a n Ai J i c h u n C P I G u i z h o u J i n y u a n G r o u p G o ． ， L t d ， G u i y a n g 5 5 0 0 0 4 G u i z h o u ， C h i n a Ab s t r a c t T h r o u g h t h e t e c h n i q u e c h a r a c t e r i s t i c s a n a l y s i s o f c o n t r a r o t a t i n g a x i al fl o w f an ， c o mb i n g w i t h t h e s p e c i fi c d e s i g n a p p l i c a t i o n， t h e p a p e r s o l v e d t h e k e y p r o b l e ms o f t h e s t a r t ，s p e e d r e g u l a t i o n ，e n e r g y s a v i n g ，a u t o ma t i c c o n t r o l ，v i s u a l i z e d mo n i t o ri n g，wh i c h i m p r o v e d t h e o p e r a t i o n c o n t r o l p r o p e r t y a n d e c o n o mi c p e rf o rm a n c e f o r ma i n f a n ． Ke y wor d s f r e q u e nc y c o n ve r s i o n c o n t r o l ；c o nt r a r o t a t i n g a x i a l flo w f a n；s p e e d r e gu l a t i o n；e n e r g y s a v i ng；PLC 9O