探讨煤矿主通风机变频节能技术的运用

摘要：煤矿主通风机作为煤矿耗能的关键，主通风机运行的合理性以及效率的高低都影响着整个煤矿耗能的水平，可以说，煤矿主通风机就是保证矿井是否安全的主要设备之一，它能为矿井输送最新鲜的空气并及时的排除一氧化碳等有害气体，为工作人员与设备都提供了最为健康、安全、可靠的环境。然而在主通风机选型的过程中常常会出现一些问题，如：电能浪费严重，由于在煤矿生产的初期需要的风量很小，但是主通风机的风量很大，因此会造成能源的浪费问题；启动比较困难，机械损伤严重。主通风机的电流比较大，常常会将电动机烧毁即使不被烧毁也会带来其他的问题，这样严重影响了电动机、主通风机的使用寿命；系统的自动化程度低。目前的主通风机主要还是依靠人工来进行风叶角度的调节不能自动化的进行。对此，可以通过运用变频节能技术来加以改善。基于此，本文就煤矿主通风机变频节能技术的运用展开了讨论。

关键词：煤矿；主通风机；变频节能技术；运用

1、煤矿主通风机使用现状

一直以来，煤矿在设备选型上往往采用具有较大功率的设备，这主要是由煤炭开采的具体情况所致。当煤矿机电设备全速运行时，电能得不到有效利用，从而造成严重的耗能问题。因此，应通过采取技术创新的措施，大大减少煤矿生产与运行的成本，从而最终使劳动生产效率得以提高，这也是煤矿企业必须面临和解决的问题。通风机可以看作矿井的“呼吸动力系统”，对于煤矿的正常生产工作具有重要意义。为使得地面新鲜空气不断进入矿井，并及时排出矿井中的有毒有害气体，通风机一定要保持24小时不间断工作。但随着矿井生产工作的不断推进，如掘进工作面等的延伸，整个矿井会需要更多的风量，这种情况下，就必须采用大功率通风机。此外，由于季节和温度的不断变化，矿井下的需风量也会发生变化，因此，应采取相应的调节措施。但煤矿在最初的通风机选型上是根据矿井设计需风量来进行的，所以，通风机的功率要比实际的轴功率大得多，这就形成了大马拉小车或电能得不到有效利用问题。由于矿井通风机一般具有较大的功率，所以，在通风机在全速工作过程中，若采取直接开启电动机的方式，电网就会承受很大的冲击，这会大大减少通风机的工作年限，也会对其他机电设备的正常工作造成一定的影响，所以，为防止通风机等其他设备出现上述问题，通风机必须采用软启动方式。在煤矿通风中，采用变频调节技术，不但能够实现通风机软启动，而且能够大大降低通风机能耗。

2、煤矿主通风机变频节能的应用原理及设计原则

2.1变频节能原理

要想了解主通风机变频节能的效果，就要先分析通风机变频节能的原理。变频调速技术可以说是电机调速与节能的重要手段，该技术已被应用于多个领域中，利用变频调速技术能让通风机在最节能的情况下运行，这是根据流体力学比例定律得到的也是通风机变频调速节能的原理，根据定律可以知道：当通风机转速从额定转速改变时，风量、功率以及负压之间是有一定比例关系的，其中风量与转速成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率则与转速的三次方成正比。也就是说，当风量减少的时候，通风机的转速也降低时，通风机的功率才会下降，可以看出通风机通过变频来调节转速是十分节能的。

2.2主通风机变频调速系统的设计原则

首先，使用变频调速技术要实现变频、工频两种工作方式切换的可靠性。在正常运转的情况下，变频调速系统可以根据矿井对风量的需求适时对风机转速进行调整，当出现故障时，风机可以自动切换到工频方式，以保证系统的安全运行。其次，供电电源要进行冗余设计。变频调速系统的供电电源分为动力供电和控制系统供电两部分。动力供电受不同开关柜控制，为了保证供电的可靠性，电源需引自不同的母线段；动力开关柜内的降压变压器提供控制电源的主供电源，同时不问断电源作为备用电源。第三，实现远程监控。通过本地操作对变频系统实现实时监控，同时还可以通过网络接口，连接远程控制机实现远程控制。

3、煤矿主通风机应用变频节能技术的重要意义

3.1防止出现主通风机电机过热现象

变频节能技术在煤矿主通风机的应用不仅可以通过改变电机频率来达到降低能耗的目的，同时还可以实现对对变频器输出电压的控制，而在实现这两方面控制中，主通风机电机磁通是保持不变，从而可以很好地防止因电机出现过热而带来的其他问题，进而确保煤矿主通风机安全稳定运行。

3.2启动电流小，启动平滑无冲击，延长主通风机使用寿命

结合实践来看，煤矿主通风机利用工频电流进行启动的话会导致较大的电流产生，由于该电流已经大于主通风机额定范围，所以极易导致设备因大电流冲击而损坏。而将变频节能技术应用到煤矿主通风机之中，能够使得设备实现软启动，即通风机启动瞬间电流仍被控制在额定范围之内，有效地避免主通风机受到冲击情况下延长其使用寿命。

3.3节电效果突出，安全可靠

正是由于这一优势，目前很多煤矿都采用了这一变频节能技术。通风机在运行时往往是全速运行，一直处于高电压和长时间工作状态之中。再加上煤矿井下存在较多的工作区域，而每个工作区域的需风量是不同的，仅靠调节挡板不能很好地满足各区域的需风量。而是用变频节能技术，可以根据需风量，实现设备的自动调节，从而大大降低能耗，提高了安全性。

3.4实现风量自动控制

结合实践来看，在以往煤矿生产中，主通风机主要借助于工频电流来运行，在这种情况下不同工作面需风量往往只能通过调节档板手动来实现，不仅效率低下，同时工作面实际需风量也难以满足。变频节能技术地应用能够有效地解决这一弊端，通过该技术可以使得主通风机实现变频调速，因此，不仅能够实现对风量地自动控制，并且可以有效地满足煤矿井下不同工作面风量要求。

4、煤礦主通风机变频节能技术应用

4.1煤矿主通风机风量调节方式的选择

在煤矿生产过程中，必须要根据实际生产需求来实时调节风机工况，所以矿井通风网络与风量需求并不是固定的，是动态的。以往主要是通过调节风量节流以及对叶片安装角度进行改变来达到风量调节的目的。该种模式必须要在停机状态下才能操作，不仅影响风机效率，而且风量节流调节还会导致不必要的能源浪费。而结合负压值变化规律来应用变频调速技术来对风机转速进行自动调节则能够保持风机效率的情况下进行，并且能够在各工况正常运行的基础上对风机风量进行调节。风机属于平方转矩类负载，所以可以选择与风机水泵使用相匹配的通用型变频器。通常情况下，在选择变频器时应当充分考虑主扇风机电机的额定电流，并且其电压等级应当与电动机以及电源额定电压要求相符。需要注意变频经常运行频率不可过低，避免电动机温度异常。如若变频器具有较大功率的，其输入端可采用输入电抗器，从而对电网电压波动起到有效的抑制作用，从而确保变频器的运行稳定与安全。

4.2煤矿主通风机变频节能技术应用改造方案

常用的改造方案主要有以下两种：第一，通过调节叶轮叶片角度以实现对风量的控制，这有利于生产工作，但存在较为严重的能耗问题；第二，将变频器等设备装置于通风机上，形成以风机为核心的调节系统，这样可以结合实际情况合理调节风机功率，减少了人为操作量，但在初期需要投入较高的成本，尽管如此，这一方法已经有了一定规模的使用，这主要得益于其高效节能优势，因此，采用方案二是比较合理的。为使通风机达到最佳的工作状态，必须合理安装一定数量的风机叶片，并使叶片处于最合理的运行角度。然后，将变频节能系统安装于通风机上，变频器会根据实际情况实现自动调速，为矿井供给适当的风量，同时也能实现最好的节能效果。最后，变频器可使风机实现软启动，从而能够很好地避免因电流过大而对电网产生较大的冲击。

5、结束语

综上所述，通过对主通风机变频节能技术应用的分析，可以看出煤矿主通风机变频节能技术有很多优点，由于通风机启动的电流比较小能够对电机进行很好的保护，不仅延长了电机的寿命，也能改善值班人员的工作环境。并且该技术让通风机运转工况点能处在高效区运行的同时，也能节省大量的能量消耗使企业的经济效益得到提高，此外，利用了变频调速技术对国家的节能减排目标也有一定的好处，可以说，矿井主通风机应用变频节能技术发展前景十分广阔。

参考文献：

[1]变频节能技术在矿山设备中的应用探讨[J].张伟.能源与节能.2018（01）.

[2]我国煤矿机电设备中变频节能技术的应用分析[J].杨学琴.企业技术开发.2015（30）.

[3]矿山变频节能技术的新发展[J].李剑峰.变频器世界.2012（09）.

[4]应用高压变频器对通风机进行节能改造[J].李德钖，邓朵.江西煤炭科技.2013（01.）

（作者单位：神华神东煤炭集团设备管理中心）

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