1引言

大同煤矿集团有限责任公司（同煤集团），是中华人民共和国第三大煤矿国有企业，公司总部位于中国煤炭重地山西省大同市，拥有煤田面积6157平方公里，总储量892亿吨。焦家寨井田位于山西宁武煤田东北部，地处山西省原平市境内，轩岗矿区南西，始建于1958年7月，矿井核定生产能力为150万t/a。矿井通风方式为混合式。开拓方式为单水平开拓，通风方法为机械抽出式，主立井、副立井进风，1#斜井和2#斜井回风。

1#斜井风机通风机房安设两台型号为FBDZ-10№28的轴流式通风机，电机额定功率为2×450kW，一台运行，一台备用。2#斜井风机通风机房通风机原来使用2台对旋风机，采用一用一备，电机功率为450kW，转速740r／min，电压为6000V，原风机为八十年代中期安装使用，磨损严重，漏风严重，维护量大，影响了煤矿通风安全。为了实现矿用通风机经济运行，焦家寨煤矿领导在2013年煤矿技改项目中，采用2台FBCDZ№34的轴流式通风机更换2#斜井原有通风设备。两台风机采取一台运行，一台备用。
风机铭牌参数为：
风机型号：FBCDZ№34
风量：160～320m3/s
风压：4750～1700Pa
功率：2×800kW
风机转速：595r/min
电机型号：YBF710M1-10
额定电压：6000V
额定电流：100A
转速：595r/min

2#斜井风机服务于521采区，风机负压3610Pa，风量8425 m3/min 。通风系统阻力为3065Pa。风机（521区）主测路线通风系统风阻为0.1957 N·S2/M8。矿井综合等积孔为5.13m2。该矿通风难易程度属于容易。通风系统自然风压hn2#为48.0Pa。
2 矿用通风机风机变频调速节能研究

矿井通风设计过程中，有些时候很难计算管网的阻力，通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选型的依据，但风机的型号和系列是有限的，往往选取不到合适的风机型号时就往上靠，一般裕度大于20%～30%。因此这些风机运行时，首先调节风机风叶到合适角度，如果风机风量不满足矿井通风要求，再调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。风机机械特性为平方转矩特性，风机运行时，靠调节风门或者风道挡板的开度来调节风机风量的方法，称为节流调节。在节流调节过程中，风机固有特性不变，仅仅靠关小风门或挡板的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路系统的损失，不利于风机的节能运行。采用变频调速控制装置，通过改变风机的转速，从而改变风机风量以适应生产工艺的需要。风机以调速控制方式运行能耗较省，综合效益较高。交流电机的调速方式有多种，变频调速是较佳调速方案，它可以实现风机的无级调速，并可方便地组成闭环控制系统，实现恒压或恒流量的控制。
3风光牌JD-BP37-1000F 高压变频器技术参数

山东开云(中国)电子公司是国家高新技术企业，高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEEE519-1992的谐波标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。
JD-BP37-1000F 高压变频器技术参数如表1所示。

4改造主回路控制方案

风光高压变频调速系统由一次回路进线柜（旁路柜）、变压器柜、变频单元柜和操作控制柜组成。旁路柜在变频器维护过程中或变频器出现故障时，将电机投入到工频电网运行，保证生产不受影响。变频运行时，变频器为电机提供全面的保护。高压变频器旁路柜一次回路如图1所示。

图1 旁路柜一次回路图

DL：用户高压断路器
K1、K2、K3：高压变频器内置高压隔离开关
BPQ：JD-BP37-1000F高压变频器
D：800kW/6kV异步电动机

图1手动旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与K3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当K1、K2闭合，K3断开时，电机变频运行；当K1、K2断开，K3闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。

旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁， DL合闸时，绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。现场高压变频器运行如图2所示。2#斜井主扇风机监测系统如图3所示。
 
 
图2 高压变频器运行照片
 
图3  2#斜井主扇风机监测系统

5  2#斜井主通风机操作规程
5.1运行操作
5.1.1开机前运行检查
1、内部检查：风机内部检查需经带班司机同意后，方可进入。检查完毕，全部人员撤出，经核查，无遗漏人员和物品，方可关闭检查门。
2、电器设备检查
（1）高压开关柜各部螺丝接线紧固，无变色和冒火痕迹，手车操作灵活，闭锁动作可靠，各种保护动作准确无误。
（2）变压器接线紧固，不超温。
（3）低压配电柜操作手柄操作灵活，接线螺丝完整齐全，无变色及冒火痕迹，各仪表及指示灯指示准确。
（4）电气设备接地正常、可靠。
（5）变频器内各部螺丝紧固、齐全、无变色。
（6）各继电器整定值合理、动作可靠，仪表指示准确。
（7）温度巡检仪及温度报警装置性能稳定、工作可靠。
5.1.2启动操作（以启动1#风机为例）
1、先把1#风机蝶形门打开，把2#风机蝶形门关闭；
2、先接通1、2号变频器的控制电源(合控制柜小型断路器QF1,合UPS开关)；
3、将旁路选择拨到“手动”位置；
4、变频运行时,先关闭所有柜门，置“分断”档，合K2，合K1(隔离开关的操作方法：按住电磁锁的红色按钮，电磁锁发出震动声，指示灯亮，说明可以操作，将锁栓拉出，然后再操作隔离开关)，然后置“工作”档，再将对应高压柜合上(先将断路器手车摇至工作位置,然后合断路器,合闸指示灯亮,电压显示正常),变频器柜高压带电显示装置的三相指示灯亮，变频器处于就绪状态。
5、根据需要,将变频柜门选择开关拨到“本控”或是“远控”位置；
⑴本控操作
变频柜门上的旋钮拨到“本控”,两名司机分别站在相对应的一和二变频器柜前同时拨动一、二变频器上的旋钮拨到正转位置，一、二级电机启动，运行到设定频率时，两级电机的输出电流在100A以内，说明1#风机已启动。
⑵远控操作
①将变频柜门上的旋钮拨到“远控”,然后司机到电脑上进入操作画面,点击上位机控制,再点启动1#风机的1级、2级电机,风机启动。
②直接到电脑上进入操作画面,点上位机控制,待操作由本控变为集控时,点击启动1#风机的1级、2级电机,风机启动。
5.1.3停机步骤
1、同时将1、2号变频柜门上的旋钮拨“停止”位置，待频率降为0Hz；
2、停相对应的高压开关柜，分闸指示灯亮；
3、停UPS,停QF1。
5.2倒机步骤（以停1#机倒为2#机例）
1、待1#机停稳后，关闭1#机的蝶阀，开启2#机的蝶阀；
2、启动2#风机，步骤和1#风机相同。
5.3主通风机运转中的检查
1、每小时检查一次风量、负压、电动机电流、电压，变频器的电流、电压、频率及各部温度等并将检查结果填入记录本内。
2、每小时巡回检查一次电气设备、风机的振动情况等。
5.4发生下列情况之一时，主通风机司机应立即进行倒机并报告队领导和调度室，要求派人检查处理。
1、轴承温度，电机温度出现超温报警。
2、变压器出现超温等报警。
3、变频器报故障。
4、任何部位发生异响又无法排除（风机内出现异响或严重振动）。
5、电机电流或电压超过允许值。
6、上位机上风量、负压等数值有异常变化。
5.5其他安全注意事项
1、主通风机因事故或其它原因全部停止运转时，必须打开防爆门，实行自然通风；再次启动风机时必须待风机停稳后，方可再次启动；
2、主通风机运转中，严禁打开各检查门、孔，防止意外事故；
3、严禁高压电未断的时候，切断变频器的控制电源。
6现场应用情况

焦家寨煤矿通风机选用JD-BP37-1000F风光变频器4套，于2013年7月2日变频器一次性投运成功，至今运行正常。变频运行后，风门全部打开，用户根据所需风量风压实时调节变频器频率，进而调节通风机运行工况。不仅完全满足煤矿生产工艺要求，而且用户操作非常方便。现场调试中发现，1#风机的前后两级电机采用高压变频器分别独立控制，可以有效避免喘振现象。现场测试1#风机有关数据如下。一级电机运行参数，运行频率：43Hz，变频输入电流：40.3A，输入电压：6.22kV，输出电压：5.35kV，输出电流：75.3A；二级电机运行参数，运行频率：39Hz，变频输入电流：45.3A，输入电压：6.31kV，输出电压：4.92kV，输出电流：76.5A。人机界面现场照片如图4所示。

 
 
图4 高压变频器人机界面现场照片

概括来说，通风机采用高压变频器有以下效果：
（1）变频起动对电网没有任何冲击。由于变频器改造后风机可以实现变频软起动，避免了起动电流的冲击。
（2）按需调节风量，避免浪费。进行变频改造后，风机的送风量不再需要由风门来调节，而是由变频器通过变频调节风机的转速来实现，调节范围可以从0%～100%；因而可以根据井下生产需要随意调节风量，减少了不必要的浪费。经现场测试数据计算，风机变频运行时比工频运行相比，节电率高达46.4%。
（3）降低风机工作强度，延长使用寿命。进行变频改造后，风机的大部分工作时间都在较低的速度下运行，润滑条件改善，因而大大降低了风机工作的机械强度和磨损，将会大大延长风机的使用寿命。
（4）保证了风机安全运行，避免了风机前后级电机的喘振现象。在调试中，发现当前后级电机在40Hz左右运行时，风机前、后级电机波动较大，当风机一级电机运行频率43Hz，二级电机运行频率39Hz，可以满足矿井通风要求，风机运行平稳。
（5）监控界面全为纯中文操作，操作简单，使用方便。
7结束语
      大同煤矿集团焦家寨矿通风机经过变频改造之后,不仅达到了良好的节能效果,并且使整套通风系统的稳定性提高了一个大台阶。随着国家对节能减排工作的越来越重视，煤矿企业通过各种措施降低生产成本，其中变频技术起到了关键作用。