试论变频技术在煤矿的应用与节能

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【摘要】交流电机变频调速技术作为国家重点推广的节电新技术，具有显著的节电效果，一般能节电30%。煤矿企业作为高耗电企业，可使用变频调速的设备很多，如通风机、空气压缩机、水泵、输送机、提升机、采煤机等，利用变频技术对煤矿企业设备进行改造，完全能实现改善工况、节省电能并提高生产效率的目的。在煤炭企业采用和推广变频调速技术，不仅可以取得相当显著的节能效益和控制效果，而且也得到了国家产业政策的支持，代表了今后电力节能技改的方向。

【关键词】变频技术；节能；煤矿

1.变频调速技术在煤矿通风系统中的应用

当前，我国煤矿使用的通风机数量众多，运行效率普遍较低。据有关资料统计，全国矿用通风机的数量达数万台，功率从几千瓦到几百千瓦，最大的有数千千瓦。实际使用中，运行效率只有少数达到70%，一般的为50%左右。矿井通风消耗电能占全矿总能耗的30%～40%，尤以主扇为最。因此，对煤矿通风机进行技术改造，是煤矿节能的重要途径。

对某一矿井主通风机（型号为BDK40-6-No17轴流式对旋风机）实施变频技术改造，改造前由于电机不能调速，电机全速运行，此时通风机提供的总风量为2970m3/min，电机的输入功率约为154kW。经测算，现在矿井所需风量为2100m3/min即可。若用风门调节，即把风量恰好调为2100m3/min时，从理论上分析，若风门节能为15%，电机实际的输入功率仍达131kW。那么，每年风机消耗的电费为：131kW×24h×365d×0.5元=573780元。为了满足矿井安全生产所需风量，又能随生产节奏的变化及时调节风量，达到节能的目的，选用200 kW的变频调速器对电机进行调速，以满足生产和节能的双重要求。经测风员现场测试，当变频器输出频率为39Hz，输入电压400V，输入电流110A时，风机的风量达到2100m3/min。此时电动机输入功率约为75 kW。改造后发现，风机的风量和风压都能够满足矿井的需要，加入变频器后电机的输入功率明显下降，每年风机所消耗的电费为：75kW×24h×365d×0.5元=328500元。

用变频调速器调节风量比用风门调节风量每年可节省的电费为245280元，即节约了245280/573780=43%的电能。

2.变频调速技术在矿井供风系统上的应用

煤矿井下气动工具生产所需要的压缩空气是由空气压缩机提供的，由于压缩机在实际应用中是连续运行的设备，而压缩空气的使用是间歇性的，使用时间不足开机时间的30%，消耗电能占矿井用电的20%。实际生产中单电动机拖动系统大多不能根据负载的轻重来连续进行调整，当采用变频调速后，则能十分方便地进行连续调节，保持压力的稳定，从而大大提高压缩空气的质量。用变频器改造空气压缩机有以下优点：一是节省电费20%以上，约半年即可收回变频器投资。二是通过压力传感器与变频等构成压力闭环调节回路，进行恒压控制，使气压基本保持恒定，大大改善了气源质量。三是软启动功能减少了大电流冲击及机械冲击。

3.变频调速技术在水泵上的应用

在煤矿生产中，水流量要求处于变工况运行。而在调节水泵流量时，实际采用的办法是机械调节阀门开度来实现，此时水泵的拖动电机处于恒速运转状态，很不经济。若通过变频器控制转速来调节流量，就具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。据文献显示，我国几十个大型煤矿集团公司现有主排水泵5000多台，其年排水电耗约为30亿kW·h，占矿井总用电量的30%左右，所以对煤矿用水泵进行变频节能改造极具现实意义。

某煤矿对水泵进行变频节能改造，改造后水泵功率由260kW降为196kW，电流由400A降为318A，频率由50Hz降为40Hz，功率因素由0.908变为0.933。采用变频调速技术后，提高了电机的功率因数，减少了无功功率消耗，月平均节约电能45934 kW·h，月平均节电率为25%，节能效果非常显著。并且在采用变频调速技术后，水泵电机定子电流下降了20%，电机水泵的转速普遍下降，电机水泵运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用。变频器启动和调速平稳减少了对电网的冲击。水泵出口阀全开，消除了因阀门节流而产生的噪音，改善了工人的工作环境；消除了阀门调节故障给生产带来的影响，具有显著的社会效益。

4.变频调速技术在煤矿运输系统中的应用

4.1变频调速技术在矿井提升机中的应用

矿井提升机是在繁重而又复杂的条件下进行工作的设备，因此要求提升机的拖动装置能适应频繁启动、停止、调速及换相，并能实现重载启动。为了实现矿井提升机无级平稳加、减速，提高提升系统的安全水平并达到节约电能的目的，矿用提升机需要选用变频控制，取消“调速电阻”，节约调速运行时电阻的热损耗，在矿车下放减速器时，电动机短时间发电运行，并能把电能反馈给电网。另一方面，用变频器内置的编程软件替代继电器可实现提升速度控制，减少设备维修工作量，降低维修费用，节能效果显著（节能率在15%～30%）。

4.2变频调速技术在矿井皮带输送机中的应用

目前，我国许多煤矿用的皮带输送机除装车系统使用外，井下也大量使用。由于诸多原因，使用中相当长时间都处于空载或轻载运行状态，电能浪费严重。如使用变频调速技术，可减少电能浪费，同时也能解决大功率皮带输送机的启动困难问题。另外许多皮带输送机采用的软起动装置绝大部分是液力偶合器，下行运输皮带机在启动运行制动过程中会形成电机失控现象，若在皮带输送机上安装变频器，可随时将电机产生的负力回馈到电网中，减少发热损耗，解决机械系统及电气系统的冲击问题，延长设备的使用寿命，并能有效地节约电能。

5.变频调速技术在采煤机中的应用

采煤机作为煤矿井下的主要综采设备，常工作在比较恶劣的环境当中。其所处环境一般粉尘较大，空气相对湿度较高，操作空间较小，所以对采煤机控制系统工作的安全性、可靠性、维护简便性要求较高。将变频技术应用于采煤机上，不仅能克服上述问题，还具有过负荷、过电流、过电压、过热、过频、欠压、失速、漏电、熔断丝切断、控制电源异常、CPU控制电路异常等保护功能。

6.变频调速技术在煤矿中的应用前景

变频调速技术不仅能使风机、泵类机械根据要求流量调节转速，节约大量的电能，还可根据负载调节并降低转速，以减小机械和风的噪声。对于输送机可实现平滑加速、减速，产生性能优良的软起动效果，特别是重负载起动时，可提升输出转矩，产生普通软起动器所达不到的效果，由于采用了对设备不产生冲击的起动、停止和空载时低速或高速运行，可增加设备的使用寿命。另外，变频调速技术对生产自动化、提高产品质量、提高生产率及产品合格率有明显的效果。因此，煤矿井下的风机、水泵、提升机、运输机、采煤机、绞车、压缩机等机械的负载都比较适合变频调速控制。

虽然，目前煤矿井下交流变频调速技术的应用尚在起步阶段，但在煤矿企业技术改造和产品更新换代，在节能和实现生产过程自动化方面已取得了明显的节能效果。随着科学技术的不断进步，交流电动机变频调速技术将日趋完善。因此，必须积极推广先进的交流变频调速技术，用先进的设备武装、改造煤矿等传统产业，促进工业自动化的进一步发展。

【参考文献】

[1]赵俊文.变频调速技术在煤矿主通风机中的应用[J].科技情报开发与经济，2007，17（33）：279-280.