高壓變頻技術(shù)的推廣應(yīng)用論文
摘要：對風機實施變頻技術(shù)改造，實際上是在拖動風機的電力傳動系統(tǒng)中應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)。使用變頻調(diào)速技術(shù)不但可以有效提高電力傳動系統(tǒng)的節(jié)能水平，還能加強電力傳動系統(tǒng)的控制性。文章通過實例對高壓變頻技術(shù)的推廣應(yīng)用進行了探討，對煤礦通風機進行變頻調(diào)速改造，能創(chuàng)造很大的經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞：變壓變頻技術(shù)；拖動風機；電力傳動系統(tǒng)；節(jié)能水平；變頻調(diào)速改造
1概述
1.1項目背景
據(jù)調(diào)查研究顯示，風機配套電機就目前而言占據(jù)全國電機裝機量高達60%，其耗電量相當于我國發(fā)電總量的1/3。尤其需要注意的是，很多水泵以及風機等機械設(shè)備在使用中往往出現(xiàn)大材小用的現(xiàn)象，另因生產(chǎn)制造工藝發(fā)生變化，需時常對機械的溫度、流量和壓力等參數(shù)進行調(diào)節(jié)，以保證正常運轉(zhuǎn)，但當前一些企業(yè)仍使用閥門、調(diào)節(jié)擋風板等落后的方式對機械參數(shù)進行調(diào)節(jié)。簡單說就是通過人力加大阻力，同時耗費更多的電能或金錢達到生產(chǎn)要求。這種方式增加了資源的浪費，同時調(diào)節(jié)準確度低，生產(chǎn)需求不能得到很好地滿足，嚴重阻礙生產(chǎn)的穩(wěn)定開展。代池壩煤礦大功率設(shè)備：264kW主扇風機、地面130kW壓風機等設(shè)備，啟動電流大，電機和傳動機械的沖擊應(yīng)力大，消耗了電能，對電網(wǎng)沖擊大；從理論和實踐上論述了煤礦大型設(shè)備節(jié)能利用的方法，成功應(yīng)用“SP500系列爍普變頻器”的經(jīng)驗做一介紹，為今后提供了實踐經(jīng)驗和理論借鑒，本報告主要針對代池壩煤礦張家灣抽風機成功應(yīng)用“SP500系列爍普變頻器”為例。
1.2項目研究的主要內(nèi)容
主扇風機使用變頻節(jié)能技術(shù)，選擇安全、經(jīng)濟、實用的設(shè)備。
1.3項目研究的技術(shù)路線
本成果首先通過調(diào)查，確定各種設(shè)備節(jié)電能力，查閱大量相關(guān)節(jié)能技術(shù)資料，分析研究設(shè)備相關(guān)運行參數(shù)，提出主扇風機采用變頻節(jié)能技術(shù)。總結(jié)在使用中遇到的技術(shù)難題，并提出解決方法，最后對本項目進行技術(shù)總結(jié)。
1.4項目研究的主要技術(shù)難點
主扇風機使用SP500-P型礦用變頻調(diào)速節(jié)能設(shè)備的可靠性。
1.5項目研究的創(chuàng)新點
大型設(shè)備啟動平穩(wěn)，減小設(shè)備高電壓、大電流、傳動機械沖擊，延長設(shè)備使用壽命，達到節(jié)能效果。
1.6項目完成情況
本成果以代池壩煤礦張家灣抽風機房2臺主扇風機、熱水池2臺加壓水泵、地面壓風機房2臺壓風機、礦井主提升絞車為研究對象，現(xiàn)已成功投入7臺變頻控制器使用，達到了節(jié)能和保護設(shè)備的目的，為今后廣泛使用節(jié)能設(shè)備提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐，并以代池壩煤礦張家灣抽風機成功應(yīng)用“SP500系列爍普變頻器”為例。
2代池壩煤礦實例
2.1代池壩煤礦主扇風機原啟動方式
代池壩煤礦主扇風機原啟動方式采用直接啟動，直接采用工頻供電，定速驅(qū)動，通過調(diào)節(jié)風門開關(guān)大小來控制風量。礦井主扇風機的額定通風能力（風量、風壓）是根據(jù)設(shè)計計算的礦井末期的通風阻力和達產(chǎn)時的風量確定。礦井剛開始投入生產(chǎn)時，風機通常都有較大的富余力；為使礦井能夠正常生產(chǎn)，過去一般采用人為關(guān)閉小風門擋板的做法來增加通風阻力，從而改變主扇風機的運行工況達到調(diào)節(jié)風量的目的'。在生產(chǎn)過程中，風機的風量與風壓裕度以及在生產(chǎn)過程中絕大部分時間都不是滿負荷，同時由于生產(chǎn)系統(tǒng)所需求的風量隨之變化，導致風機的運行工況點與設(shè)計高效點相偏離，從而使風機的運行效率大幅度下降。目前，風機的變頻調(diào)速節(jié)能在高、低壓領(lǐng)域均有涉及，380V、3kV、6kV、10kV都有應(yīng)用，行業(yè)涵蓋水泥、石化、工礦、電力、化工、造紙、石油、食品、醫(yī)藥、市政、建筑、水利等諸多關(guān)系國計民生的領(lǐng)域。變頻節(jié)能設(shè)備是利用變頻器所具有的軟啟動功能通過把啟動電流歸置成零。通過了解變頻器在啟動時所承載的負荷曲線可知，機械啟動時幾乎不發(fā)生任何沖擊，電流變動都是從零開始，電流的增加同轉(zhuǎn)速相關(guān)，隨轉(zhuǎn)速的增加而增加，因此不會超越額定電流的最大值。所以說，使用變頻風機能夠增加電動機以及開關(guān)的使用年限，減少了啟動電流等對電機造成的過大壓力，減少了很多維修保養(yǎng)費用。
2.2功率因數(shù)補償節(jié)能
我們知道無功功率能導致線材以及設(shè)備等的發(fā)熱，增加損耗，甚至因功率因數(shù)的下降造成電網(wǎng)中無功功率下降，加大了線路中無功功率的損耗，致使設(shè)備使用率大幅下降，資源浪費嚴重，由公式P＝S×COSФ，Q＝S×SINФ，式中：S為視在功率；P為有功功率；Q為無功功率；COSФ為功率因數(shù)，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通風機的功率因數(shù)在0.7～0.85之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。代池壩煤礦主扇風機總功率為2*132kW，全年12個月連續(xù)運行，每天工作24小時，我們保守估計按轉(zhuǎn)速降低10%計算，由前面計算可知節(jié)電率為27.1%，對電費按每度0.736元計算，負載系數(shù)為0.75，那么每年的可節(jié)約電費支出：每年節(jié)約電費計算：264kW×24h×360天×0.736×0.75×27.1%＝341213.3元代池壩煤礦張家灣抽風機房2臺主扇風機、熱水池2臺加壓水泵、地面壓風機房2臺壓風機，現(xiàn)已成功投入7臺變頻控制器使用，每年可為礦節(jié)約電費約50萬元。
3效益分析
3.1經(jīng)濟效益
代池壩煤礦大型設(shè)備節(jié)能技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅給煤礦本身帶來了巨大的經(jīng)濟效益，同時對社會也提供了技術(shù)范例：（1）設(shè)備低電壓啟動，速度緩慢、平穩(wěn)上升、沖擊力小，保護了設(shè)備；（2）降速以及軟啟動運行大大降低了設(shè)備的振動和磨損，使設(shè)備使用壽命延長，提高了設(shè)備的MTBF（平均故障維修時間）值，并減少了對電網(wǎng)沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性；（3）節(jié)能系統(tǒng)的使用能夠提供多種保護措施，不但增加了系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率，而且提高了系統(tǒng)的安全性能；（4）采用變頻技術(shù)設(shè)備同期節(jié)電25%；（5）使用軟啟動設(shè)備同期節(jié)電10%～20%；（6）限制防爆高壓電動機的啟動電流、電壓，有力地降低了電網(wǎng)的波動，減少變壓器負荷輸出，保護高壓電機的使用壽命，對用電設(shè)備的機械部件減少磨損，減少故障的發(fā)生，降低維修量，節(jié)約費用成本。據(jù)調(diào)查在煤礦礦山企業(yè)中使用老式啟動器每年都產(chǎn)生巨大的維修費用，其中防爆電動機每年的維護費用為2～3萬元。提高功率因數(shù)、降低供電線路損耗和變壓器損耗，每年可以節(jié)省很多的用電費用支出，給企業(yè)帶來經(jīng)濟效益，達到安全生產(chǎn)；（7）風機采用變頻技術(shù)后可以根據(jù)井下用風量變化隨時改變電機轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)風量的目的，不再需要調(diào)節(jié)風門開啟大小來調(diào)節(jié)風量，操作簡單，降低了操作人員的勞動強度。
3.2社會效益
使用變頻技術(shù)設(shè)備，延長控制設(shè)備使用周期。降低能源消耗，控制溫室效應(yīng)，可持續(xù)發(fā)展。
4結(jié)語
通過此例應(yīng)用及其他的風機變頻改造應(yīng)用實例，可以認為：如果可以對煤礦通風機進行變頻調(diào)速改造，能創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。對風機實施變頻技術(shù)改造，實際上是在拖動風機的電傳動系統(tǒng)中應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)。使用變頻調(diào)速技術(shù)不但可以有效提高電力傳動系統(tǒng)的節(jié)能水平，還能加強電力傳動系統(tǒng)的控制性。變頻調(diào)速技術(shù)如能進一步在風機拖動、泵類機械拖動及整個電力傳動系統(tǒng)中推廣應(yīng)用，將對推動企業(yè)科技進步起到重要作用。
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