變頻器在烏東選煤廠的應用

馬志軍

(神華新疆能源有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830027)

1 前言

近年來，隨著微電子技術及電力電子器件制造技術的發展，變頻器由于具有智能化、網絡化、數字化、節能等優點被廣泛應用。為了保證煤礦生產能力穩定，同時充分發揮各設備的能力，煤礦洗選系統中應用了很多變頻器，在生產現場較好地解決了設備適應負荷量的變化，取得了較好的經濟效益。隨著煤礦選煤廠規模的大型化趨勢，變頻設備的功率和用途會越來越廣泛。

2 變頻調速的原理及特點

變頻器采用脈沖調制技術實現變頻調速，通過輸出不同頻率的電流與電壓，調節電機的轉動速度，從而實現對設備運轉的控制，使其達到滿足生產的要求。簡單的理解變頻器，就是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。

變頻調速技術主要有以下幾個特點：(1)脈沖調制技術：電機起動轉矩變大，但起動電流確實很小，這可以大大降低電機起動的整個電源的沖擊強度，并啟動電機運行相對穩定。(2)高速范圍大，精度高，適應性強，能滿足不同生產工藝的需要。(3)變頻技術，節能效果優于傳統的設備方式，節能約35%，大大提高了企業的經濟效益。(4)變頻器安裝調試方便，操作簡單。變頻器具有各種標準接口，便于與液位、壓力、流量傳感器和微機系統相連接，實現自動控制。(5)寬調速范圍，可實現平滑無級調速，精度可高達0.5%，能滿足煤礦各種生產工藝的需要。

3 應用實例

3.1 工程概況

烏東選煤廠是一個年產能力600萬噸的采用重介工藝的選煤廠，洗選深度高，產品質量穩定，主要生產設備138臺套，生產工藝關鍵位置的設備大多采用變頻調速控制，生產過程中，很多設備運行參數需要調整，如給煤機、水泵、膠帶機、加藥裝置等，合理的改變這些參數，可以最大程度地提高生產效率，降低能耗，降低生產成本，實現對現場不同的生產工藝需求進行調整。

3.2 變頻調速在泵類中的應用

泵類在設計選型時大多是根據最大需用量來選擇的，通常還要預留一定的余量，實際應用中許多泵的流量需根據不同的需求隨時調整變化。目前，泵流量的控制方法有兩種：驅動變頻調速和調節出料閥門開度。一直以來，該廠生產控制的，這種做法使泵加壓后的水大部分在出料閘板前被阻截，一方面造成大量能源的浪費； 二是使泵及管路產生劇烈振動，三是泵及管路壓力升高，破壞了管路、閥門的密封性能，使其出現跑冒滴漏現象；四是加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，縮短了設備的使用壽命。

泵類使用變頻調速有利于保證生產工藝連續正常運行，使泵運行工況變優，實現無級調速，可以輕負荷啟動，啟動電流小，起動時間短，停泵時不會出現"水錘"現象，改變了以往靠調節泵的進、出口閥門和分流來滿足工藝生產。同時節約了能源，消除了泵及管路的振動，降低泵及管路的壓力，保護了管路、閥門的密封，減少跑冒滴漏現象的發生，延長了泵腔、閥體的磨損，增加了設備的使用壽命。水泵工藝設計與制造中如果不使用變頻調速，由于介質比重大、濃度高、揚程高，水泵的工況就會很差，從而造成供電設備功耗大、溫升偏高。運行中多次發生泵體機封損壞，軸承損壞，對正常生產造成很大影響。要解決這個問題，若只靠改變葉輪規格和切割葉輪外徑，用損失富裕揚程的方法，不會有效地提高運行的經濟性。因此，只有切實實現水泵調速，才能滿足水泵工藝設計的最大要求。

例如，選煤生產中，重介淺槽的上升流和水平流合成的溢流量尤為重要，是重介選煤工藝正常生產的前提。為保證煤質，本廠使用了施耐德321、322合格介質泵，該合格介質泵所輸送的流量可根據現場溢流及煤質情況在一定范圍內進行調整，如溢流量過大，原煤未經過懸浮就被溢流帶走，造成煤中帶矸；溢流量過小，原煤還未被懸浮液沖走就被后續的原煤壓下去，造成矸中帶煤，給生產帶來問題。在沒有變頻調速前，全部靠調節管路上的各種閥門(上升流閥門和水平流閥門)來控制，費時費力。

3.3 變頻器在305、306重介淺槽刮板機上的應用

重介淺槽刮板分選機是重介選煤工藝的關鍵，淺槽懸浮液里上層的煤在上升流和水平流的作用下被沖到精煤篩脫水脫介，而下層的矸石被刮板機刮到矸石篩脫水脫介，實現煤與矸石的分離。305、306(18.5kW)淺槽刮板機通過對負載電流的監測調整電機轉速，當矸石量增大時，負載電流上升，電機轉速自動提高，反之相反。重介選煤工藝中，刮板鏈條不但與滑道直接磨擦，而且在重介質鐵粉的懸浮液中，這種磨擦更加嚴重。通過變頻調速能將這種磨損最小化，將鏈條更換周期延長，大幅度降低材料費。

3.4 變頻器在604、605循環水泵上的應用

軟啟器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，在使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓就會逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全部導通，此時電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低了啟動電流，電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，從而為電動機正常運轉提供額定電壓，軟啟動器同時還可以提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程剛剛相反，電壓就會逐漸降低，轉數逐漸下降到零，避免自由停車而引起的轉矩沖擊。

604、605(施耐德ATS48C41Y220KW)循環水泵通過軟啟動實現平穩啟動，不沖擊電網，峰值電流時間大為減少，保護了電機，延長電機使用壽命，并且軟啟動器本身自帶更加完善的保護功能，工作更加穩定。

3.5 619陽離子加藥裝置和620陰離子加藥裝置

加藥系統是處理濃縮池的重要設備，且要求嚴格，不容出錯。619陽離子加藥裝置和620陰離子加藥裝置通過現場儀表傳感器和下一級設備的處理能力，得出煤泥水濃度、沉降速度、處理量，在一定時間內可控地加入一定量的藥劑，并對加入后藥劑產生的結果再一步修正，對下一步加藥進行調整。而保證整人加藥環節的可控正是通過這兩組變頻調速系統來完成的。濃縮池底流處理，是根據煤泥水濃度、沉降速度、處理能力加入適量的藥劑，符合生產工藝要求，將底流進行循環處理。藥劑加入速度過慢，濃縮池煤泥水來不及沉降，造成跑黑，沉降速度過慢，底流泵不能正常處理，使全廠水循環不能正常進行，影響整個生產系統；加入過快，沉降速度太快，煤泥在底部取積，底流泵處理不及，將造成嚴重后果，如底流泵管道堵塞、壓耙能事故，中斷整個生產。

3.6 變頻器在烏東裝車系統與振動給料機的應用

裝車過程中，產品煤的給煤量要與裝車倉及現場裝車的實際進度情況相配合，保證連續裝車，再者根據客戶不同要求按比例配煤。724、726、728、730、732、734振動給料機改變變頻器頻率輸出，調整產品煤給煤量。

741裝車膠帶機使用變頻，不但啟動平滑，起動時間延長，可以降低對膠帶帶強的要求，降低設備投資；啟動轉矩大，無沖擊電流，可實現重載啟動，通過電機低速啟動，使皮帶機在啟動過程中形成張力很小，幾乎不對皮帶造成傷害，最重要的它保證向裝車倉供煤的穩定性和連續性，可大大提高裝車效率。

745G1、746G1調度絞車牽引火車車廂在一定速度下進行裝車，根據裝車速度、煤質、配比以及在接車、掛車、出車等不同狀態下所需的牽引速度也不一樣；調度絞車可在變頻調速(0-50Hz)下與裝車系統進行緊密配合，實現裝車穩定、快速。選煤廠煤炭洗選過程中，104、106、108、110原煤振動給煤機通過變頻可以調節原煤生產給煤量，可適應原煤煤質不同、配煤比例不同等不同的生產工藝要求。

3.7 變頻器在608低壓清掃水泵的應用

608低壓清掃水泵是我廠恒壓供水系統的重要組成部分，我廠供水點多，供水距離遠，供水不連續，變頻自動可調的清掃水泵與儀表及傳感器控制可滿足這種供水情況。當用水量大時，變頻器接收傳感器的信號加大輸出，保證供水；當用量逐漸減小時，608逐漸減速并逐個停泵。這種工作方式有效的保證供水，并最大限度的保護了電機和輔助設備。當采用工頻供水時，當用水量下降時，且全廠在低用水量時，電機所受阻力大，電流大，一直在這種情況下工作，電機就有燒壞的危險；閥門和管道及輔助設備所受的沖擊也越大，減少了使用壽命。

4 變頻器的日常維護

4.1 日常巡視

變頻器在使用工程、工程技術人員需要進行定期檢查，對于連續運行的變頻器，可以直觀地檢查的工作狀態。

(1)環境溫度是正常的，在-10℃～+40℃范圍內的溫度要求，約25攝氏度，以及。

(2)看變頻器在顯示面板顯示的電壓、輸出電流、頻率等數據是否正常。

(3)用溫度測量設備來檢測溫度是否過熱，沒有異味。

(4)變頻器風機運行正常，冷卻風道自由。

(5)是否顯示面板上顯示的字符是否清晰，是否遺漏了字符。

(6)變頻器的運行中是否有故障報警顯示。

(7)檢查逆變器的交流輸入電壓是否超過允許的最大值。

4.2 常見問題

(1)過流：過流是變頻器報警最為頻繁的現象。

①如果在重新啟動時，升速就有跳閘的現象，這是過電流十分嚴重的征兆，主要原因有：逆變模塊損壞，機械部位有卡住，負載短路，電動機的轉矩過小等原因引起。

②重新啟動時不立即跳閘而是在加速時就跳閘，主要原因有：電流上限設置過小、加速時間設定過短、轉矩補償設定較高。

③上電就跳。這種現象一般不能復位，主要原因有：驅動電路損壞、模塊損壞、電流檢測電路損壞。

(2)過壓：過電壓報警往往是出現在停機的時候，其主要原因是制動單元及制動電阻有問題或減速時間太短。

(3)欠壓：欠壓主要原因是因為主回路電壓太低，具體如下：整流橋損壞或可控硅中有工作不正常的，從而導致欠壓故障，其次是主回路接觸器損壞，導致直流母線電壓損耗在充電電阻上，從而導致欠壓．還有就是電壓檢測電路發生故障導致出現欠壓問題。

(4)過熱：過熱是比較常見的故障，主要原因：散熱風機堵轉，溫度傳感器性能不良，周圍環境溫度過高，馬達太熱。

(5)輸出不平衡：輸出不平衡一般表現為馬達經常抖動，且轉速不穩定。

4.3 檢修變頻器的安全注意事項

維修作業時要注意人員和設備的安全，必須有人在現場進行監控。必須注意不要將變頻器的輸入和輸出端的接頭弄錯，否則會損壞變頻器，在修復過程中對驅動的直接損傷應注意逆變電源直流母線一般有高壓力，等待時間應大于5分鐘才能觸摸，或人為的電容放電，之后才能繼續作業；變頻器在電待機狀態或已開始在一個給定的速度零轉速狀態下，其輸出端三相對地都有直流200v左右高壓，必須注意安全，在控制面板檢測最好不要直接觸摸面板集成芯片的管腳，防止集成芯片的靜電損傷，避免不必要的損失。

5 使用變頻器的效益分析

(1)使用變頻器可以延長設備的機械壽命，特別是改變了水泵設備以往靠閥門調整流量和壓力的工況，大大降低設備的維護量。同時，利用變頻器的軟起動功能，使起動過程中對機械設備無沖擊，節省了人力和材料成本，僅重介淺槽刮板機鏈條材料費每年就可節約10萬元左右(每套鏈條約13萬，使用變頻調速后可延長5-6個月，正常情況下每套鏈條的使用壽命為6個月)。

(2)變頻器不但能內部控制，而且可以外部控制，通過設定操作可實現多種控制功能。其保護功能齊全有：短路保護、過流保護、瞬時停電保護、過載保護、直流過電壓保護、過熱保護、欠壓保護、防失速保護及自身保護等。機械制動與安全回路配合可靠，如果系統突然停電或出現緊急情況時，變頻調速系統能夠發出正確指令，自動實現機械制動，不會出現過流現象，電機啟動電流和過載電流不會沖擊電網，最大限度的保障電網的可靠性。

(3)變頻器提高了電能使用效率。烏東選煤廠變頻器使用功率約1250kW，一般正常運行頻率為35-40Hz，則變頻器節能20%-30%左右，按最少節能20%，則每小時節電1250*0.2=250kWh，根據現在烏東原煤產量，每天平均生產10小時，全年生產300天，則全年節電250*10*300=750000kW/h。

6 結束語

目前，變頻調速技術已成為現代輸電技術的一個主要發展方向。它具有優越的調速性能，提高了系統的安全性和可靠性，對設備的運行條件、顯著的節能效果和延長設備壽命等優點。但我們的工程技術人員在選煤廠使用時，一定要注意操作環境、安裝要求和位置，要設置正確的功能，特別要注意設置起動轉矩，使用前應仔細檢查電機的匹配設備的驅動特性和負載轉矩特性，同時要綜合考慮抑制變頻器產生的諧波給供電系統和其他電氣設備帶來的不可預見的危害。