1 引言
山西三元煤业股份有限公司是由山西煤炭运销集团有限公司控股的股份制企业，全国煤企百强企业，生产能力为345万吨/年。山西三元煤矿矿井主扇风机担负着整个矿井的通风任务，要求安全稳定性极高，因为风机一旦停机，短时间内就将造成全矿无法正常生产。控制方式采用调节风门开度的大小来调整风量，这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门节流损失消耗掉了。不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗，从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下，针对这种情况，矿领导经过论证，最后决定选用山东新风光电子科技发展有限公司生产的jd-bp37系列的高压变频调速器2套系统对1#、2#主扇风机进行变频改造，监控系统采用济南辰洋自动化有限公司设计的在线监控系统，进行升级换代，改造达到了预期目的。
2 变频改造前存在的问题
（1）原工况为使用的是转子串频敏电阻启动方式，启动不稳定，造成了大的机械冲击，导致电机寿命大大降低。
（2）转子串电阻启动时，控制系统复杂，故障率高，接触器、电阻器等容易损坏，维护工作量大。
（3）启动时电流过大，对电网冲击很大，影响电网的运行稳定性。
（4）主扇风机设计上余量大，风机一直处在较轻负载下运行，由于采用档板调节，风机运行效率低下，造成能源浪费。
（5）自动化程度低，风机各项参数监测不完全，影响煤矿供风系统安全。
3 现场情况简介
现场1#、2#主扇风机型号相同，现场1#风机电动机及风机参数如表1、表2所示。
表1 电动机参数
表2 风机参数
表3 风机运行参数记录表
4 风光jd-bp37系列高压变频系统工作原理
山东新风光是国家高新技术企业，生产的风光牌jd-bp37系列高压变频器是“中国名牌产品”，jd-bp37系列高压变频器以高速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iee519-1992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。
风光牌高压变频器由移相变压器，功率单元和控制器组成。前端由一个多绕组的隔离移相变压器供电，变压器次级共有15组付边绕组，变频器每相由功率单元串接组成，每相5个功率单元，三相共15个单元。每个功率单元完全一样，可以互换。假如一单元发生故障，该单元的输出端能自动通过晶闸管旁路，不影响整机的连续运行。输出侧由每个单元的两个输出端子相互串接而成，三相星型接法输出给电机供电。控制器部分以高速微处理器实现控制以及与子微处理器间进行通信。
控制器核心由高速dsp运算来实现，精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。人机界面提供友好的全中文监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号的协调，增强了系统的灵活性。
控制器及各控制单元板中采用dsp和fpga等大规模集成电路和表面焊接技术，系统具有极高的可靠性。
控制器与功率单元之间采用多通道光纤通讯技术，系统具有极高的安全性和可靠性，同时具有很好的抗电磁干扰能力。并且各个功率单元的控制电源采用一个独立于高压系统的统一控制器，方便了调试、维修、现场培训，增强了系统的可靠性。
本机中移相变压器的副边绕组分为三组，采用30脉冲整流方式。这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1，输入电流谐波成分低，实测输入电流总谐波成分小于2%。
系统主回路原理如图1所示。
图1 系统主回路原理图
5 变频控制改造方案
为了满足安全生产，选用两套6kv变频调速器分别对1#、2#主扇风机一拖一控制，一用一备，并且每套变频装置通过切换，可以在变频器故障状态下，切换到工频状态运行，1#、2#控制原理图一样，其中1#主扇风机变频改造主回路如图2所示。
图2 1#主扇风机变频改造主回路图
qs1、qs2、qs3为三台高压隔离闸刀，qs1、qs3处于变频运行回路上，km1、km2为变频上电瞬间实现限流电阻切换时所用，k10为用户工、变频转换改造时加的一个转换开关。变频运行时，qs1、qs3闭合，qs2断开，k10打到变频位置；变频上电后，通过内部程序km2会自动吸合将限流电阻引入主回路以消除大电流冲击，上电3s后，km1吸合，km2断开变频可以投入运行。工频运行时，qs1、qs3断开，qs2闭合，k10打到工频位置，实现原来的串电阻启动方式。
这是高压变频器工变频手动切换的典型应用，qs1、qs2、qs3不能同时闭合，这三个闸刀在机械和电气上都实现了互锁。
另外，为了安全，变频故障信号和上一级的高压开关柜也实现互锁，实现高压故障连跳功能。
6 三元煤业矿井主扇风机在线监控系统
本工程对山西三元煤业股份有限公司1#、2#通风机房电控系统进行改造，通过对通风机房的风机及相应的电机、进出口风道、阀门等装置实施自动控制及运行参数自动检测、动态显示，可实现在10min内主备用风机间自动切换或反风运行，并将数据传送到地面生产调度中心，进行实时监测、控制及报警显示。
本系统以煤炭行业标准“煤矿用主要通风机现场性能参数测定方法”为依据，结合三元煤业主扇机房的现场情况与要求，应用工业计算机检测技术对通风机的运行状态进行连续在线测量与处理，以多种方式提供通风机运行状态的各种数据，保障通风机的安全运行和方便通风机的性能测试，并为多种功能扩充提供方便的条件。
6.1 系统的工作原理
该系统以作为上位机的工业控制计算机为核心，配以下位机西门子s7-200系列的plc为中心的各种外围设备组成，在wincc组态软件的控制下，完成数据的采集、分析等工作，以图表等多种形式显示在显示器上。
各监测数据的采集过程主要指电气参数、风压、风量、风机振动、电机的轴承温度、绕组温度等风机参数的监测。
现介绍一下电气参数的监测过程：
电气参数指配套变频装置的输入电流、输入电压、输出电流、输出电压等。此类参数由配套变频装置中的plc提供,以通讯的形式获取。
电气参数的监测过程原理框图如图3所示：
三元煤业通风运行监测dcs如图4所示。
图3 电气参数的监测原理框图
图4 三元煤业通风运行监测dcs图
6.2 系统的优越性
（1）实现监测数据的自动化采集，改变了过去靠人工测量获取数据的方式，大大提高了工作效率。
（2）实现了数据报表的自动生成，可方便的查阅实时数据，从而掌握主扇风机的实时工作状态。
（3）实现了过程数据的自动归档，可供各部门按需调阅各个时期各个监测量的历史数据值，从而制定相应的工作计划。
（4）实现了监测数据异常时的自动报警，当监测值超过设定范围时，系统会通过画面报警和警铃振动报警相结合的方式，提醒值班人员及时处理异常情况。并可根据报警的严重程度，通过事先编写的程序使通风主扇做出自动切换备用设备等应急反应。
（5）系统可纳入全矿的监控系统，实现数据的全矿共享，并能通过授权的方式，实现更高级别监控系统对本系统的远程控制。
本文关键字：风机 变频改造，变频技术 - 变频改造
