摘要：对风机实施变频技术改造，实际上是在拖动风机的电力传动系统中应用了变频调速技术。使用变频调速技术不但可以有效提高电力传动系统的节能水平，还能加强电力传动系统的控制性。文章通过实例对高压变频技术的推广应用进行了探讨，对煤矿通风机进行变频调速改造，能创造很大的经济效益。
关键词：变压变频技术；拖动风机；电力传动系统；节能水平；变频调速改造 文献标识码：A
中图分类号：TM921 文章编号：1009-2374（2016）28-0053-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.027
1 概述
1.1 项目背景
据调查研究显示，风机配套电机就目前而言占据全国电机装机量高达60%，其耗电量相当于我国发电总量的1/3。尤其需要注意的是，很多水泵以及风机等机械设备在使用中往往出现大材小用的现象，另因生产制造工艺发生变化，需时常对机械的温度、流量和压力等参数进行调节，以保证正常运转，但当前一些企业仍使用阀门、调节挡风板等落后的方式对机械参数进行调节。简单说就是通过人力加大阻力，同时耗费更多的电能或金钱达到生产要求。这种方式增加了资源的浪费，同时调节准确度低，生产需求不能得到很好地满足，严重阻碍生产的稳定开展。
代池坝煤矿大功率设备：264kW主扇风机、地面130kW压风机等设备，启动电流大，电机和传动机械的冲击应力大，消耗了电能，对电网冲击大；从理论和实践上论述了煤矿大型设备节能利用的方法，成功应用“SP500系列烁普变频器”的经验做一介绍，为今后提供了实践经验和理论借鉴，本报告主要针对代池坝煤矿张家湾抽风机成功应用“SP500系列烁普变频器”为例。
1.2 项目研究的主要内容
主扇风机使用变频节能技术，选择安全、经济、实用的设备。
1.3 项目研究的技术路线
本成果首先通过调查，确定各种设备节电能力，查阅大量相关节能技术资料，分析研究设备相关运行参数，提出主扇风机采用变频节能技术。总结在使用中遇到的技术难题，并提出解决方法，最后对本项目进行技术总结。
1.4 项目研究的主要技术难点
主扇风机使用SP500-P型矿用变频调速节能设备的可靠性。
1.5 项目研究的创新点
大型设备启动平稳，减小设备高电压、大电流、传动机械冲击，延长设备使用寿命，达到节能效果。
1.6 项目完成情况
本成果以代池坝煤矿张家湾抽风机房2台主扇风机、热水池2台加压水泵、地面压风机房2台压风机、矿井主提升绞车为研究对象，现已成功投入7台变频控制器使用，达到了节能和保护设备的目的，为今后广泛使用节能设备提供了理论依据和技术支撑，并以代池坝煤矿张家湾抽风机成功应用“SP500系列烁普变频器”为例。
2 代池坝煤矿实例
2.1 代池坝煤矿主扇风机原启动方式
代池坝煤矿主扇风机原启动方式采用直接启动，直接采用工频供电，定速驱动，通过调节风门开关大小来控制风量。矿井主扇风机的额定通风能力（风量、风压）是根据设计计算的矿井末期的通风阻力和达产时的风量确定。矿井刚开始投入生产时，风机通常都有较大的富余力；为使矿井能够正常生产，过去一般采用人为关闭小风门挡板的做法来增加通风阻力，从而改变主扇风机的运行工况达到调节风量的目的。在生产过程中，风机的风量与风压裕度以及在生产过程中绝大部分时间都不是满负荷，同时由于生产系统所需求的风量随之变化，导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离，从而使风机的运行效率大幅度下降。
目前，风机的变频调速节能在高、低压领域均有涉及，380V、3kV、6kV、10kV都有应用，行业涵盖水泥、石化、工矿、电力、化工、造纸、石油、食品、医药、市政、建筑、水利等诸多关系国计民生的领域。
变频节能设备是利用变频器所具有的软启动功能通过把启动电流归置成零。通过了解变频器在启动时所承载的负荷曲线可知，机械启动时几乎不发生任何冲击，电流变动都是从零开始，电流的增加同转速相关，随转速的增加而增加，因此不会超越额定电流的最大值。所以说，使用变频风机能够增加电动机以及开关的使用年限，减少了启动电流等对电机造成的过大压力，减少了很多维修保养费用。
2.2 功率因数补偿节能
我们知道无功功率能导致线材以及设备等的发热，增加损耗，甚至因功率因数的下降造成电网中无功功率下降，加大了线路中无功功率的损耗，致使设备使用率大幅下降，资源浪费严重，由公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，式中：S为视在功率；P为有功功率；Q为无功功率；COSФ为功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通风机的功率因数在0.7～0.85之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
代池坝煤矿主扇风机总功率为2*132kW，全年12个月连续运行，每天工作24小时，我们保守估计按转速降低10%计算，由前面计算可知节电率为27.1%，对电费按每度0.736元计算，负载系数为0.75，那么每年的可节约电费支出：
每年节约电费计算：264kW×24h×360天×0.736×0.75×27.1%=341213.3元
代池坝煤矿张家湾抽风机房2台主扇风机、热水池2台加压水泵、地面压风机房2台压风机，现已成功投入7台变频控制器使用 ，每年可为矿节约电费约50万元。
3 效益分析
3.1 经济效益
代池坝煤矿大型设备节能技术的成功应用，不仅给煤矿本身带来了巨大的经济效益，同时对社会也提供了技术范例：（1） 设备低电压启动，速度缓慢、平稳上升、冲击力小，保护了设备；（2）降速以及软启动运行大大降低了设备的振动和磨损，使设备使用寿命延长，提高了设备的MTBF（平均故障维修时间）值，并减少了对电网冲击，提高了系统的可靠性；（3）节能系统的使用能够提供多种保护措施，不但增加了系统的运转率，而且提高了系统的安全性能；（4）采用变频技术设备同期节电25%；（5）使用软启动设备同期节电10%～20%；（6）限制防爆高压电动机的启动电流、电压，有力地降低了电网的波动，减少变压器负荷输出，保护高压电机的使用寿命，对用电设备的机械部件减少磨损，减少故障的发生，降低维修量，节约费用成本。据调查在煤矿矿山企业中使用老式启动器每年都产生巨大的维修费用，其中防爆电动机每年的维护费用为2～3万元。提高功率因数、降低供电线路损耗和变压器损耗，每年可以节省很多的用电费用支出，给企业带来经济效益， 达到安全生产；（7）风机采用变频技术后可以根据井下用风量变化随时改变电机转速，达到调节风量的目的，不再需要调节风门开启大小来调节风量，操作简单，降低了操作人员的劳动强度。
3.2 社会效益
使用变频技术设备，延长控制设备使用周期。降低能源消耗，控制温室效应，可持续发展。
4 结语
通过此例应用及其他的风机变频改造应用实例，可以认为：如果可以对煤矿通风机进行变频调速改造，能创造更大的经济效益。对风机实施变频技术改造，实际上是在拖动风机的电传动系统中应用了变频调速技术。使用变频调速技术不但可以有效提高电力传动系统的节能水平，还能加强电力传动系统的控制性。
变频调速技术如能进一步在风机拖动、泵类机械拖动及整个电力传动系统中推广应用，将对推动企业科技进步起到重要作用。
作者简介：杜洪斌（1968-），四川盐亭人，川煤集团广旺公司代池坝煤矿机电副总工程师，机电工程师，研究方向：煤矿机电技术管理。
（责任编辑：蒋建华）
