鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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廠房通風降溫利德華福五溝煤礦扇風機電機高壓變頻的應用什么是風
［關鍵詞］：
一、現(xiàn)場工程情況
煤礦因生產(chǎn)的特殊性，礦井通風工程關系到礦山的安全生產(chǎn)，所以通風工程在煤炭生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。其中主扇風機在煤礦生產(chǎn)中有著最重要的地位，隨著開采和掘進的不斷延伸，巷道延長，盡管風量基本不變，但風壓要求卻不斷增加，風機需用功率也隨之增加。根據(jù)反風及開采后期運行狀況來確定的主扇風機及拖動電動機的功率通常遠大于煤礦長期開采所需的正常運行功率。五溝煤礦主扇風機采用500KW/6KV電動機傳動，電機采用直接啟動的方式。
目前采用高壓電動機直接啟動，存在以下幾個問題：
●電能的嚴重浪費。煤礦的服務年限大多在60年以上，投產(chǎn)初期到井田穩(wěn)定開采一般在10年左右，這就意味著有這10年的時間里，主扇風機一直處在較輕負載下運行。由于工頻運行的電動機轉速不可調(diào)節(jié)，只能通過改變風機葉片的角度進行風量調(diào)節(jié)，因此造成能源浪費，增加了生產(chǎn)成本。
●啟動困難，機械損傷嚴重。主扇風機采用直接啟動，啟動時間長，啟動電流大，對電動機的絕緣有著較大的威脅，嚴重時甚至燒毀電動機。而電動機在啟動過程中所產(chǎn)生的單軸轉矩現(xiàn)象使風機產(chǎn)生較大的機械振動應力，嚴重影響到電動機、風機及其它機械的使用壽命。
●自動化程度低。主扇風機依靠人工調(diào)節(jié)風機葉片調(diào)節(jié)風量和風壓，更不具備風量的自動實時調(diào)節(jié)功能，自動化程度低。在故障狀態(tài)下，如風流短路，將對礦井正常生產(chǎn)造成嚴重影響。
為了礦井的安全生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本，提升該煤礦的自動化水平，對主扇風機進行變頻調(diào)速改造具有非常重要的意義。
二、高壓變頻改造方案
1、主回路工程方案
考慮到現(xiàn)場設備實際運行的情況，煤礦主扇軸流風機變頻工程采用一拖二手動旁路方式，采用一臺變頻器分別單獨傳動二臺風機中的一臺風機的電動機，正常情況下，允許有一負載工作在變頻狀態(tài)，另一負載工作在工頻狀態(tài)，也可以兩臺都在工頻狀態(tài)；
該系列變頻采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出。變頻器具有對電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱、轉矩脈動、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，不需要更換電機。
一拖二手動旁路工程
基本原理：它是由8個高壓隔離開關QS1～QS8組成（見左圖）。其中QS2和QS3,QS5和QS6安裝機械互鎖裝置；各隔離開關間有電氣互鎖。如果兩路電源同時供電，M1工作在變頻狀態(tài)，M2工作在工頻狀態(tài)時，QS3、QS7和QS4、QS5、QS8分閘，QS2、QS1和QS6處于合閘狀態(tài)；M2工作在變頻狀態(tài)，M1工作在工頻狀態(tài)時，與M1工作在變頻狀態(tài)，M2工作在工頻狀態(tài)時類似；如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處于任一狀態(tài)，其它隔離開關都分閘，兩臺負載可以同時工頻運行；當一路電源檢修時，可以通過分合隔離開關使任一電機變頻運行。
特點：
正常情況下，允許有一負載工作在變頻狀態(tài)，另一負載工作在工頻狀態(tài)，也可以兩臺都在工頻狀態(tài)。
同時工頻運行時1#電機通過QS7、QS3 ，2#電機通過QS8、QS6切換完成反風功能，變頻運行時通過變頻設備內(nèi)部設置即可完成電機轉向的正反方向的轉換完成反風功能。
2、控制工程方案
變頻工程控制方式可以采用下述4種方式，現(xiàn)場用戶可以根據(jù)實際情況采用相應的一種或幾種控制方式。
A、閉環(huán)控制方式
變頻工程可以根據(jù)現(xiàn)場要求在變頻操作界面上設定需要的壓力或流量值、或通過模擬給定形式給定需要的壓力或流量值，變頻設備根據(jù)設定值和現(xiàn)場壓力或流量的反饋值自動閉環(huán)控制調(diào)節(jié)設備轉速，使工程壓力或流量值運行在要求的設定值。
B、本控開環(huán)控制方式
變頻工程可以通過本控方式在變頻設備控制柜監(jiān)控界面手動設定負載設備需要運行的轉速值，變頻設備自動將負載設備傳動到要求轉速值。
C、總線控制方式
變頻工程也可以通過RS485、Profibus/Device Net 與工廠控制工程通訊進行協(xié)調(diào)控制。
D、遠控開環(huán)控制方式
變頻調(diào)速工程可由現(xiàn)場DCS監(jiān)控操作工程進行協(xié)調(diào)控制，根據(jù)運行工況按設定程序，實現(xiàn)對負載設備電動機轉速控制。
具體控制接口情況如下：
變頻工程和現(xiàn)場DCS監(jiān)控操作工程進行通訊連接，從現(xiàn)場DCS監(jiān)控操作工程上發(fā)出變頻器的啟動、停機等信號。變頻器反饋以下信號接入到現(xiàn)場監(jiān)控操作工程上： (1)報警及故障信息：重故障報警、輕故障報警；(2)調(diào)速裝置的狀態(tài)信息：待機狀態(tài)、正常運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、工程旁路狀態(tài)；（3）電機電流、轉速、電壓等。
以下為變頻器與現(xiàn)場DCS監(jiān)控操作工程工程具體接口：
1）．變頻器需要提供的開關量輸出6：
(1) 變頻器待機狀態(tài)指示：表示變頻器已待命，具備啟動條件。
(2) 變頻器運行狀態(tài)指示：表示變頻器正在運行。
(3) 變頻器控制狀態(tài)指示：節(jié)點閉合表示變頻器控制權為現(xiàn)場遠程控制；節(jié)點斷開表示變頻器控制權為本地變頻器控制。
(4) 變頻器輕故障指示：表示變頻器產(chǎn)生報警信號。
(5) 變頻器重故障指示：表示變頻器發(fā)生重故障，立即關斷輸出切斷高壓。
(6)電機在工頻旁路：表示風機電動機處于工頻旁路狀態(tài)。
以上所有數(shù)字量采用無源接點輸出，定義為接點閉合時有效。除特別注明外，接點容量均為AC220V、3A/DC24V，1A。
2）．變頻器需要提供的模擬量2路：
(1) 變頻器輸出轉速
(2) 電機電流
變頻器提供2路4～20mADC的電流源輸出（變頻器供電），帶負載能力均為250Ω。
3）．需要提供給變頻器的模擬量1路：
(1)變頻器轉速給定值
現(xiàn)場提供1路4～20mADC二線制電流源輸出，帶載能力必須大于250Ω，4～20mADC對應轉速低高限，須呈線性關系。
4）．需要提供給變頻器的開關量有2路：
(1) 啟動指令：干接點，3秒脈沖閉合時有效，變頻器開始運行。
(2) 停機指令：干接點，3秒脈沖閉合時有效，變頻器正常停機。
5、變頻器與其他電氣設備接口
1）．變頻器給高壓開關柜的有2路：
(1)高壓緊急分斷：變頻器出現(xiàn)重故障時，自動分斷高壓開關，閉點有效。
(2)高壓合閘允許：變頻器自檢通過或工程處于工頻狀態(tài)，具備上高壓條件，閉點有效。
以上所有數(shù)字量采用無源接點輸出，定義為接點閉合時有效。除特別注明外，接點容量均為DC220V，3A。
2）．高壓開關柜給變頻器的狀態(tài)信號1路：
(1)高壓開關分閘信號：高壓開關處于分斷時，輔助節(jié)點閉合；1個。
變頻工程具有如下特點：
變頻工程，既可以變頻調(diào)速運行，也可以投工頻運行；
為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時，變頻器可以通過內(nèi)部配置UPS供電使控制工程繼續(xù)運行達30分鐘；現(xiàn)場如果采用交、直流220V雙路供電時，變頻裝置能按照交流電源優(yōu)先的原則進行交、直流無擾切換供電，保證供電可靠性。
在現(xiàn)場速度給定信號掉線時，變頻器提供報警的同時，可按原轉速繼續(xù)運轉，維持機組的工況不變；
3、有關變頻改造后風機效率情況說明
風機設備工頻運行時，為保證生產(chǎn)工藝要求的壓力及流量值，一般通過改變風門擋板的開度滿足要求，相應的風道風阻曲線也會發(fā)生變化；故工頻運行擋板調(diào)節(jié)方式是一種保持風機特性曲線及效率范圍不變，改變風道風阻曲線來滿足實際工藝需求的方式，由于風道風阻曲線的變化就有可能會出現(xiàn)風機運行在低效率區(qū)的情況。
主扇風機變頻改造后，其各轉速點的壓力和流量曲線相對工頻時的曲線是平行往下移動的，相應的各速度點的風機高效運行區(qū)也是跟著各轉速點的壓力和流量曲線移動的；變頻改造后，在保持風道風阻曲線不變的情況下，通過調(diào)節(jié)風機轉速達到滿足工藝要求壓力和流量的目的；故變頻運行調(diào)節(jié)方式是一種保持風道風阻曲線不變，改變壓力和流量曲線來滿足實際工藝需求的方式，由于風機效率曲線是跟著各轉速點的壓力和流量曲線移動變化的，故變頻改造后能保證風機一直運行在高效率區(qū)。
4、工程排熱方案
高壓變頻器屬于大型電子設備，對環(huán)境要求比較嚴格。統(tǒng)計多臺設備的運行情況，由于現(xiàn)場環(huán)境溫度過高而引起的設備故障比例較大，因此總結了三種方案為：1、加裝風道；2、加裝空調(diào)；3、加裝空冷器。三種方案各有其適用的范圍。
1、加裝風道。常規(guī)的設計是在機柜上面安裝風道，將變頻器產(chǎn)生的熱量直接排放到室外，由變頻器室的進風口不斷補充冷風，對工程進行冷卻。在使用中需要注意的是如果變頻器柜頂風機距出風口較近（小于2米，中間無轉折），出風口可不加裝輔助通風機，否則需加裝通風機。如果進風口的現(xiàn)場施工存在不便，風道需有轉折，則可以考慮加裝風機強迫進風。
加裝風道的優(yōu)點是成本低，可靠性高，排熱效果良好。適用于現(xiàn)場環(huán)境比較清潔的場合，否則就需要經(jīng)常清洗濾網(wǎng)。
2、加裝空調(diào)就是把高壓變頻調(diào)速工程放置于一個比較封閉且相對狹小的房間內(nèi)（主要是可以減小空調(diào)的容量），但要滿足工程維護的需要，然后在房間內(nèi)安裝空調(diào)，通過空調(diào)內(nèi)部的循環(huán)將高壓變頻調(diào)速工程產(chǎn)生的熱量排到室外�？照{(diào)總體的制冷量為變頻器的發(fā)熱量加上空間制冷所需的制冷量。變頻器發(fā)熱需要根
風機的流量Q與其所產(chǎn)生的壓頭P之間，保持一定的關系，據(jù)此所繪制的曲線，稱為風機的Q—P特性曲線。風機總是與煙風道連接在一起工作的，當負荷變化時，煙、風流量相應變化，煙、風道的流動阻力ΔP也隨之變化，根據(jù)它們之間的變化關系所繪制的曲線，稱管道的Q—ΔP特性曲線。
風機在工作時，它所能產(chǎn)生的壓頭，恰好等于該管道工程輸送相同流量氣體所消耗的總壓頭（即管道總流動阻力），它們在供求關系上處于平衡狀態(tài)。因此，風機的Q—P特性曲線與管道工程的Q—ΔP特性曲線的交點A即為風機的工作點。工作點A的位置，決定了風機工作狀態(tài)下的一切參數(shù)，如流量、全壓頭p、功率P、效率η等。
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