煤矿节能技术的应用

1、煤矿节能技术应用p贵州盘江节能技术开发有限公司 2014年5月课题背景前言前言国家需求国家需求v 国家“十一五”科学技术发展规划里明确提出：优先发展能源、资源优先发展能源、资源与环境保护技术与环境保护技术。v 需要优先发展的能源保护技术的定义：“坚持节能优先，降低能耗。坚持节能优先，降低能耗。攻克主要耗能领域的节能关键技术，积极发展建筑节能技术，大力提攻克主要耗能领域的节能关键技术，积极发展建筑节能技术，大力提高一次能源利用效率和终端用能效率高一次能源利用效率和终端用能效率。”v 煤炭工业发展“十一五”规划的发展方针中明确提出：“采用高采用高新技术和先进适用技术，新技术和先进适用技术，淘汰落后

2、的工艺和装备，提高煤炭重大，淘汰落后的工艺和装备，提高煤炭重大装备研发和制造能力，促进煤炭产业升级。装备研发和制造能力，促进煤炭产业升级。”作为高耗能的矿山大型作为高耗能的矿山大型机电设备被列为的优先发展主题机电设备被列为的优先发展主题。我国国情我国国情v 根据有关调查研究 ，我国2006年的电能消耗中，6070%为动力电；而在总容量高达5.8亿kW的电动机总容量中，却只有不到2000万kW的电动机是采用节能型的变频调速方式。v 电机节能，特别是大型电机系统节能是降低国家能源消耗的重要手段。煤矿节能技术煤矿节能技术一 现代交流节能调速应用二 电网无功补偿和谐波治理三 煤矿自动化与信息化建设 探

3、讨 四 合同能源管理简介v一 现代交流节能调速应用概 述 直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞生。在20世纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量80%以上的不变速拖动系统则采用交流电机，这种分工在一段时期内已成为一种举世公认的格局。交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。概 述（续）v 直到20世纪6070年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而生，一直被认为是天经地义的

4、交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。v 这时，直流电机具有电刷和换相器因而必须经常检查维修、换向火花使直流电机的应用环境受到限制、以及换向能力限制了直流电机的容量和速度等缺点日益突出起来，用交流可调拖动取代直流可调拖动的呼声越来越强烈，交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的主要发展方向。1、交流节能调速系统 1.1 交流节能调速系统三个应用领域1.2 交流节能调速系统主要内型1.3中，高压变频调速系统1.1 交流调速系统三个应用领域1、一般性能的节能调速 (如风机、水泵类) 2、高性能交流节能调速系统3、特大容量、极高转速的交流节能调速1. 一般性能的节能调速v 在过去大量的所谓“

5、不变速交流拖动”中，风机、水泵等通用机械的容量几乎占工业电力拖动总容量的一半以上，其中有不少场合并不是不需要调速，只是因为过去的交流拖动本身不能调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，因而把许多电能白白地浪费了。一般性能的节能调速（续） 如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均都可以节约 20 % 30% 以上的电能，效果是很可观的。 风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求都不高，只需要一般的调速性能。2. 高性能的交流调速系统和伺服系统v 许多在工艺上需要调速的生产机械过去多用直流拖动，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方

6、便、惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显然能够带来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制高性能的交流调速系统和伺服系统（续） 20世纪70年代初发明了矢量控制技术，或称磁场定向控制技术，通过坐标变换，把交流电机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量，用来分别控制电机的转矩和磁通，就可以获得和直流电机相仿的高动态性能，从而使交流电机的调速技术取得了突破性的进展。高性能的交流调速系统和伺服系统（续） 其后，又陆续提出了直接转矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列可以和直流调速系统媲美的高性能交流调速系统和交流伺服系统。3. 特大容量、极高转

7、速的交流调速 直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超过106 kW r /min，超过这一数值时，其设计与制造就非常困难了。 交流电机没有换向器，不受这种限制，因此，特大容量的电力拖动设备，如厚板轧机、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。1.2 交流调速系统的主要类型 交流电机主要分为异步电机（即感应电机）和同步电机两大类，每类电机又有不同类型的调速系统。 现有文献中介绍的异步电机调速系统种类繁多，可按照不同的角度进行分类。按电动机的调速方法分类常见的交流调速方法有：降电压调速转差离合器调速转子串电阻调速绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速变极对

8、数调速变压变频调速等按电动机的能量转换类型分类v 按照交流异步电机的原理，从定子传入转子的电磁功率可分成两部分：一部分是拖动负载的有效功率，称作机械功率；另一部分是传输给转子电路的转差功率，与转差率 s 成正比。 PmechPmPs即 Pm = Pmech + Ps Pmech = (1 s) Pm Ps = sPm 从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类 。1. 转差功率消耗型调速系统v 这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，上述的第降电压调速 转差离合器调速 转子串电阻调速v 三

9、种调速方法都属于这一类。在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。2.转差功率馈送型调速系统 在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，上述第绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速调速方法属于这一类。无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。3. 转差功率不变型调速系统 在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且

10、无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，上述的第变极对数调速，变压变频调速两种调速方法属于此类。其中变极对数调速是有级的，应用场合有限。只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。 1.3中，高压变频调速系统1 高低高式变频调速系统 2 交交高压变频器调速系统 3 高低式多级串联型变频器 4 高高式直接变频器 拓扑结构两电平传统交直交两电平拓扑结构传统交直交两电平拓扑结构1 高低高式变频调速系统如ABB高压变频器，在盘江土城矿主扇上有应用，由于其结构复杂，目前已经很少使用2 交交高压变

11、频器调速系统 西门子SIMADYN-D调速系统，无中间直流环节，损耗小，效率高。开关器件采用晶闸管，以利于大功率应用， 采用电源自然换相，不需强迫换流电路。可以实现能量反馈，使电机作四象限运行。输出低频时，谐波含量小，负载转矩脉动低。 因此适用于大功率、低速交流传动领域。由于其谐波大缺点：晶闸管元件数量多，成本高，控制复杂。输入侧功率因数低，当输出电压较低时，功率因数更低。2.3 高低式多级串联型变频器每个单元模块结构图 主回路图4 高高式直接变频器主回路结构图三电平高压逆变器M3+-直流环节网侧整流器03电平逆变器DC100 Hz1 Hz50/60 Hz3-ph. 2.3 - 36 kV A

12、C50/60 Hz3 电平输出逆变器+-直流环节03 电平逆变器L1L2L3L1L2L3t1U1V1V2V5V6v3v42 电平/ 3电平 电压源型直流环节连接变频器的比较(+)(0)(0)()(+)UdPhase-phase voltage U12 电平逆变器3 电平逆变器ABCDEUd负载电流05101520load currenttimemsec+0-+-电机侧逆变器0+_逆变器每相结构 Ud2Ud2+0_交流电动机直流环节3电平逆变器0045 - 1500 45 - 1500 kWkW空水冷空水冷630 - 3400 630 - 3400 kWkW3000 - 6800 3000 -

13、6800 kWkW空冷空冷2500 - 100000 2500 - 100000 kWkW1500 - 100000 1500 - 100000 kWkW低压变频器低压变频器230 - 690 230 - 690 V V中压变频器中压变频器2.3 2.3 kV / 3.3 kV / kV / 3.3 kV / 4.16 kV / 6 kV /4.16 kV / 6 kV /6.6 kV6.6 kV中压变频器中压变频器3.3 3.3 kVkV中压变频器中压变频器1.0 - 23.0 1.0 - 23.0 kVkV空水冷空水冷1500 - 10000 1500 - 10000 kWkW空水冷空水冷

14、中压变频器中压变频器1.5 - 6.0 1.5 - 6.0 kVkV空水冷空水冷中压变频器中压变频器1.35 - 23.0 1.35 - 23.0 kVkV空水冷空水冷主要技术指标输出范围(空水冷却)电压范围 效率输出频率闭环控制标准0.8 MVA - 4 MVA2.3/3.3/4.16/6.0/6.6 kV 98.5 %至 200 HzTRANSVECTOR 最优脉宽模式闭环控制,SVPWM矢量控制技术直接转矩控制技术IEC, EN, DIN, VDE (IEEE, NEMA, UL)适于所有应用v.泵.压缩机.风扇/鼓风机.研磨机, 轴流风机.离心传动装置.传送带.卷曲机.螺旋桨传动.船首

15、推进器.侧向推进器 .轧机.卷绕机.传送带系统.摇筛机, 掘进机v 高高式直接变频器在煤矿上节能应用v 高低式多级串联型变频器在煤矿节能应用交流调速节能技术在煤矿中应用交流调速节能技术在煤矿中应用v变频技术在矿井提升机上应用（转差功率不变型和回馈型，高-高直接变频器）v变频技术在煤矿主通风机上应用（转差功率不变型，高压级联）v变频技术在瓦斯泵上应用（转差功率不变型）v变频技术在矿井提升机上的应用变频技术在矿井提升机上的应用v 矿井提升机是矿山企业的大型机电设备之一,它在生产过程中担负着矿物的提升、人员的上下、材料和设备的运送等任务，起着非常关键的作用。目前在矿山企业中应用的提升系统主要有直流调

16、速和交流调速系统两大类。变频技术在矿井提升机上的应用v 目前,我国矿山交流提升系统普遍采用的控制方式为： 异步电机异步电机+转子串电阻加速转子串电阻加速+高压接触器换向高压接触器换向+动力制动力制动（或低频拖动）减速动（或低频拖动）减速+PLC逻辑操作逻辑操作 v 缺点：能耗大、运行效率低； 调速性能差、可靠性低； 机械冲击大，安全性差； 控制方式陈旧、技术落后 。采用变频调速系统将采用变频调速系统将使不经济的工况运行使不经济的工况运行转变为最佳的工况运转变为最佳的工况运行，控制精确、简洁，行，控制精确、简洁，节能十分可观，同时节能十分可观，同时也提高了系统的可靠也提高了系统的可靠性。性。提升

17、机变频节能原理v 这种调速方式也叫TKDTKD方式，v 在我国的矿井提升占很大的比例，超过80%80%。v 它指的是在饶线异步电动机的转子回路接入金属电阻，用控制器或磁力站逐步切除电阻的方法进行调速。 换向靠高压真空开关改变进线高压相序，在减速段投入动力制动或是低频制动，右图给出一个TKDTKD控制方式的示意图。这种控制方式的优点是结构简单，但缺点是显而易见的，能耗特别大，消耗在电阻上的电能相当可观；而使用变频驱动后，下放时电能可以通过四象限变频器回馈到电网。电源进线备用6KVX1X2X3GyD高压真空换向柜FCDFCZCDXLCDZCD1D2D3yD 可 控 硅低频电源装置接触器控制柜金属电

18、阻 380VGLK1 继电器控制保护柜测速发电机变频技术在矿井提升机上的应用v 目前针对TKD调速方法改造主要有3种方案一：转子双馈变频调速-转差功率回馈型（大，小功率均可以）二：更换电机，更换为鼠笼电机，定子变频-VVVF（适用于小功率）三：原绕线机转子短封，高压变频VVVF转子变频技术在矿井提升机上的应用v 绕线电机双馈转子变频调速系统v 转子双馈原理： 所谓“双馈”就是指把绕线转子异步电机的定子绕组与交流电网连接，转子绕组与其他含电动势的电路相连接，使它们可以进行电功率相互传递。 至于电功率是馈入定子绕组和/或转子绕组，还是由于定子绕组和/或转子绕组馈出，则要视电机工况而定。 分为：转差

19、功率输出状态（电动状态） 转差功率输入状态（发电状态） 转差功率：处理好转差功率在很大程度上影响着调速系统的效率。三电平变频器特点v 三电平变频器，适用于绕线异步电机变频控制系统和鼠笼电机定子变频控制系统。绕线异步电机变频控制系统结构形式为定子接入恒压恒频电网，转子接变频装置；鼠笼电机定子变频控制系统结构形式为定子接入变频装置；通过控制转子附加电势的频率、幅值和相位进行四象限调速和功率因素控制。为目前TKD串电阻调速系统的最佳替代方案，可节能20%-30%，提效20-30%是煤炭行业重点推广的节能产品。v v 变频器采用背靠背双三电平结构，结构化设计，功率布局合理，功率密度高，采用高性能矢量控

20、制软件，功率无感母线专利，系统功率因数为1，谐波分量低于国家电力系统的标准。做到真正意义上的“绿色变频”。v 此技术目前国内中矿传动公司专利三电平变频器特点v变频器主回路设计上，采用先进的背靠背二级管钳位双三电平拓扑结构。在相同的输出电压等级的情况下，功率器件的电压等级仅为两电平的一半，大大减轻了du/dt，降低了功率器件和电机绝缘承受的电压应力，增加电机使用寿命，减小了变频器系统的EMI，避免对煤矿其他机电设备干扰，在获取相同的系统指标的同时二极管钳位三电平仅需两电平开关频率的一半，大大减小了系统的开关损耗。同时背靠背拓扑利于功率系统结构化设计，利于维护，使系统可靠性大大增强。三电平变频器特

21、点v变频器控制方式上，通过高性能矢量控制算法，将功率变换装置和电机作为整体考虑，在实现高性能调速的前提下，可对网侧功率因数、网侧谐波、电机定子侧功率因数等系统关键指标进行调控，最大程度上满足系统运行的需要，以较低的开关频率、较小的进线电抗实现了能量双向流动、功率因数为“1”以及正弦的网侧电流，使变频器对电网的污染降至最低，做到真正意义上的“绿色变频”。可以提高煤矿整体功率因素。三电平变频器特点v在输出电压，电流波形质量上，三电平变频器输出相电压为九阶梯波，对比常规的两电平变频器电压和电流畸变率大大减小，且对于电机定子侧而言电流波形基本无畸变，系统运行更加安全、可靠。可避免因波形畸变带来供电系统

22、的处罚。应用现场v 贵州林东煤业南山矿，永贵新田煤矿，平煤集团，开滦集团，永煤集团等 2010年10月南山矿副井绞车电控系统改造完成。由于变频器为四象限变频器，变频器结构为“背靠背三电平结构”，电能可以双向流通，当下放物料时系统处于发电状态；经过用电记录2010年10月到2011年10月共耗电 10000度 ；改造前每年耗电35000度电。 节电率（35000-10000）/35000=71% 绞车电控系统改造后实现了无级调速，并能够实现四象限运行。新系统硬件结构简单，可控精度高，消除了启动时的无功冲击，大大减轻了机械冲击。缩短了一次提升循环时间，提高了生产效率。林东煤业南山矿绞车转子双馈变频

23、系统图vASCS-6系统电控设备总体结构包括：高压、低压配电、整流变压器、变频器、PLC控制柜、操作台、上位机监控系统以及外部其他外部设备等组成，系统总图如下：提升机定子变频控制系统-转差功率不变型v 应用案例：土城矿，山脚树矿，高山矿等土城矿采三，采四提升机原电控系统采用老式交流传动方式，即“绕线转子电动机+转子串电阻调速+动力制动（或低频拖动）+继电器和磁放大器控制”。TKD调速系统技术比较简单，运行过程中存在如下缺点： 1.电机转差功率全部消耗于转子电阻回路中，而提升机有较长时间运行在重载加速、减速的工况下，此时转差功率非常大，这就造成了巨大的能源浪费。 2.系统调速模式为有级调速，切换

24、冲击电流大，运行平稳性差，安全性低。 3.系统发热严重，电阻容易烧毁，工作环境恶劣。 4.系统占地面积大，设备维护量大。对人的技术素质和熟练程度要求高，容易出现误操作发生提升事故，而且运行不经济。 5.相关备品已经停产，导致维护困难。土城矿绞车定子变频节能改造应用案例 改造方案v 电动机由6KV,320KW绕线电机跟换为660V,400KW鼠笼变频电机。v 液压站，润滑站跟换为洛矿液压站。v 拆除老电控系统，新电控系统采用徐州中矿大传动与自动化有限公司生产的ASCS-7定子变频控制系统。v 增加4台高压柜，一台进线柜，一台馈出柜，一台所用变柜，一台PT柜。实际改造效果v 2010年10月土城矿

25、采三，采四绞车电控系统改造完成。由于变频器为四象限变频器，变频器结构为“背靠背三电平结构”，电能可以双向流通，当下放物料时系统处于发电状态。通过计量平均每月耗电7600度电，改造前平均每月耗电17200度电，节电率（17200-7600）/17200=56%v 绞车电控系统改造后实现了无级调速，并能够实现四象限运行。新系统硬件结构简单，可控精度高，消除了启动时的无功冲击，大大减轻了机械冲击。缩短了一次提升循环时间，提高了生产效率。土城矿绞车定子变频系统图两电平与三电平之比较v 1）三电平变频器输出电压的阶梯波与两电平相比，更接近正弦波，电平数增多，输出电压谐波含量低，即降低了电压畸变率和du/

26、dt。v （2）三电平拓扑结构与两电平结构相比较，可以有效的降低功率器件的开关频率，从而提高了系统可靠性，延长了器件使用寿命。v （3）与两电平相比，由于开关频率的显著降低，从而降低了变流器的EMI和功率器件的发热量，也降低了变频器的器件损耗。v （4）由于优良的输出电流波形，使得三电平变频器对电机冲击减小，延长电机使用寿命。 v (a) 两电平主电路拓扑结构 (b) 三电平主电路拓扑结构 S11S12S21S22S31S32S11S12S21S22S31S32C1C2S11S12S13S14S24S23S22S21S31S32S33S34D11D12D21D22D31D32S11S12S13

27、S14S24S23S22S21S31S32S33S34D11D12D21D22D31D32两电平与三电平之比较v A Bv A:两电平相电压（上部）和线电压（下部）波形v B:三电平相电压（上部）和线电压（下部）波形v变频节能技术在煤矿风机上应用变频节能技术在煤矿风机上应用v 概述 煤矿抽风机在煤矿生产中有着重要的地位，随着开采和掘进的不断延伸，巷道延长，尽管风量基本不变，但风压要求却不断增加，风机需用功率也随之增加。根据反风及开采后期运行状况来确定的主扇风机及拖动电动机的功率通常远大于煤矿长期开采所需的正常运行功率。主扇风机依靠人工调节风机叶片调节风量和励磁，更不具备风量的自动实时调节功能，

28、自动化程度低。在故障状态下，如风流短路，将对矿井正常生产造成严重影响。为了矿井的安全生产和降低生产成本，提升该煤矿的自动化水平，对抽风机进行变频调速改造具有非常重要的意义。概述 变频调速以其优异的调速和起动性能，高效率、高功率因数和节电效果，应用范围广等诸多优点而被认为是最有发展前途的调速方式之一。若能利用变频调速来实现风量和水量调节，则可以节约大量的电能。不但可以节约电能，而且可以显著改善系统的运行性能，提高产品的数量和质量。风机的特性分析及节能原理v风机是一种平方转矩负载，其转速 n与风量、气压及风机轴功率 P v 关系为（n1/n2）、H1H2(n1/n2)2、P1P2(n1/n2)3

29、vvv图为风机的风量Q与气压H的关系曲线。图中曲线n1为风机在转速n1下气压流量（HQ）的特性；曲线n2为风机在转速n2下气压流量（HQ）的特性；曲线R1、R2为管阻特性。假设风机在标准工作点A点效率最高，输出风量Q为100%，功率P1与AH1OQ1成正比。根据生产工艺要求，当风量需从Q1减小到Q2时，如果采用调节阀门方法（相当增加管阻），使管阻特性从曲线R1变到R2，系统由原来的标准工作点A变到新的工作点B运行。此时风机的气压增加，轴功率P2与面积BH2OQ2成正比。如果采用变频器控制方式，风机转速由n1降到n2，在满足同样风量Q2的情况下，风机气压H3大幅降低，轴功率P 3与面积CH3OQ

30、2成正比。轴功率P3和P1、P2相比将显著减小，节省的功率省耗P与面积BH2H3C成正比，节能的效果是十分显著的。应用案例v 盘江精煤公司响水矿播土采区主通风机电机参数型号v 额定功率(kW)2*500KWv 定子额定电流(A)40.3Av 定子额定电压(kV)10v 功率因数0.80v 制造厂南阳防爆v 台数 2v 年运行时间(h)243307920v 当地电价0.475应用案例盘江精煤公司响水矿播土采区主通风机 实施方案： 主扇变频控制系统采用“高压变频器PLC控制远程监控”的模式，实现对该采区每台主扇的自动控制 两套低压控制柜，为风门电机，PLC控制柜，变频器供控制电。 两套高压变频器（

31、多极串联式）分别为两套主扇的电机供电，每台变频器同时为同一主扇的两台电机供电。 两套参数监测设备（温度巡检仪，负压，差压传感器，振动传感器），能分别独立监测两台主扇负压、流量、各类温度等信息。 在主扇房增加一套监控终端（触摸屏），完成主扇工况实时监控和集中控制。 操作台监控站，在主扇房完成必要的操作和上位机监控功能。 两套PLC控制系统，互相独立，实现主扇的自动控制和参数监测。 增加2套声光报警装置，完成声光报警。控制要求v 利用高精度的差压、负压传感器，依靠PLC高速的数据处理能力，实现风量的准确计算；实现主扇的自动控制及运行参数（风量、负压、电流、电压、温度等）的在线监测；电机温度采用温度

32、变送器，具有数码显示，RS485通讯。v 通过PLC的逻辑控制，实现主扇启停过程的自动顺序控制，实现主扇启停的一键操作，相关设备全部自动启停，无须人工操作。v 实现主扇的无冲击启动，并通过改变变频器频率来实现实时的自动风量调节 。v 实现故障主扇的自动切换，当运行主扇出现故障时，实现自动启动备用主扇（非检修状态）的功能，主扇启动过程中的相关设备的启停都由PLC控制系统自动完成。v 实现主扇的重新启动，当电网发生闪络或发生短时停电，当供电恢复正常后，能自动重启或手动启动原先运行的主扇，启动过程中相关的设备自动完成启停。v 具备就地手动/就地集中/远程集中等运行方式，控制方便、灵活，各控制模式间不

33、停机切换。v 实现主扇运行的分级控制，解决主扇系统远程控制与就地控制的冲突问题；v 实现自动控制风门，并能实现主扇运行过程中的风门开启、关闭与主扇运行的逻辑闭锁功能，防止各种误操作的发生；控制要求v 具备开放的以太网通讯接口，可方便实现矿上其它系统的接入；v 采用高可靠性的上位机组态软件WinCC6.2和抗干扰性强的研华工控机系统及不间断电源系统，实现主扇的远程故障诊断功能；实现主扇运行中的数据记录、故障报警及报表打印等。控制系统可实现下述功能：v 自动、手动两种工作方式；v 正向、反向两种通风方式；v 变频、直接两种运行方式；v 自动、手动两种倒机方式；v 垂直风门泵电机控制和上、下限位信号

34、的检测；v 蝶阀风门执行器的开、闭控制和到位信号的检测，以及现场就地手动控制；v 低压抽屉柜进线、联络的分、合闸控制；v 变频器的正反向运行控制和运行参数监测；v 可实现电机的按设定斜率软启动、跟踪启动和按设定斜率软停车；v 电机旁路起动柜正反向运行控制和功率因数、电压、电流监测；v 每台电机的三相绕组温度、轴端轴承温度信号的实时检测；v 风机测压环处负压、差压的实时检测；v 实时显示和记录所有的检测数据，绘制历史曲线，并提供历史数据的查询；v 根据检测到的负压、差压，以及电机功率，计算风机的风量，绘制实时的风机特性曲线、功率风量曲线、综合效率曲线，并提供历史数据查询；v 实时显示系统的报警信

35、息，实时报警打印，并提供报警历史信息的查询；v 可与远程调度室的监控站进行通讯，实现远程监控。系统主回路控制方案v 为了保证设备运行的可靠性，在实施变频改造时，一般保留工频运行回路，即增加工频/变频旁路切换柜，使系统既可切换到工频运行，又可切换到变频运行，当设备需要检修时，系统可继续工频运行，不致造成生产中断。v 响水煤矿选用的ASCS系列高压变频器拖动控制方案有几种供用户选择，其分别为手动切换方案和带隔离自动切换方案，针对此项目需求，最终选择了一拖一手动切换方案。主回路结构如下图主回路结构如下图v 1#进线，2#进线来自原高压系统；v 当投运1#主扇时，1#进线为原高压电源柜111，2#进线

36、为原高压电源柜121，M1为1#主扇11#电机，M2为1#主扇12#电机；当投运2#主扇时，1#进线为原高压电源柜211，2#进线为原高压电源柜221，M1为2#主扇21#电机，M2为2#主扇22#电机。K1,K2,K3,K4,K5,K6切换电磁开关，手动操作。系统二次回路控制方案v 系统控制方式控制系统采用DSP+FPGA+ARM控制，具有就地监控方式和远程监控方式（DCS远程控制），两种功能可以在操作面板设定。在就地监控方式下，通过变频装置上的触摸屏显示速度、电流、电压等参数，可进行就地启动、停止变频装置，调整转速、频率，实时修改配置相关参数，就地控制窗口采用中文操作界面，功能设定、参数设

37、定等均采用中文。系统用户接口v 系统用户接口 高压变频调速系统标配有丰富的I/O端口：3路模拟量输入、4路模拟量输出、16路开关量输入、20路继电器输出、1路高速脉冲输入、1路高速脉冲输出；并且所有的I/O端口都是可编程端子。可以通过硬接线方式与DCS接口，也可以通过RS485通讯接口与DCS进行通讯。直接在DCS对变频调速系统进行监控。具体在详细设计阶段根据用户要求确定。变频节能技术在煤矿风机上应用变频节能技术在煤矿风机上应用变频节能技术在煤矿风机上应用变频节能技术在煤矿风机上应用节能效果v 现场变频改造节能应用计算：v 现场变频设备于2010.11.1日开始调试，2010.11.28日2#

38、变频器投入运行，风叶角度为由30调整到35。在满足现场工况条件下变频器频率设定为33HZ。电机绕组温度最高为55。v 2#主扇工频运行时，风门全开，运行总电流在51A,电网电压为10KV，功率因素为0.65.v 工频运行消耗功率：P1=1.732*10*51*0.65=574.158KW.v 2#主扇变频运行时，风门全开，运行电流在18A,电网电压为10KV，功率因素为0.98.v 变频运行消耗功率：P2=1.732*10*18*0.98=305.5248KW.v 节电率：（P1-P2） /P1=(574.158305.5248)/574.158=47%v 节能效果v 以该矿电价0.54元/k

39、wh计算：v (P1-P2)*0.54=(574.158-305.5248)*0.54=145.1元v 变频改造后日节约电费：(P1-P2)*0.54*24=3481.5元v 变频改造后月节约电费（按30天计算）：v (P1-P2)*0.54*24*30=104444元v 一年以365天为标准，2#主扇变频改造后年节约电费：v (P1-P2)*0.54*24*365=1253328元=125.3328万元。v v 现场无功计算：v 工频运行时无功：Q1=1.732*10*51*0.7599=671KWv 变频运行时无功：Q2=1.732*10*18*0.2=62KWv 变频运行无功消耗与工频运

40、行的百分比：Q2/Q1=62/671=9.29%变频技术在瓦斯泵上应用v变频技术在瓦斯泵上应用节能原理v 煤矿随着产量逐步的增加和开采水平的延伸，矿井瓦斯涌出量和回采后的瓦斯涌出量越来越大，严重制约着矿井的安全生产和发展，而采用瓦斯抽放泵抽取采空区涌出的瓦斯，能有效的控制采煤工作面和回风系统的瓦斯量，使其不超过煤矿安全规程规定，保证矿井的生产。v 对采空区瓦斯进行抽放时，如果抽放量过大，将使工作面新鲜风进入采空区，造成采空区自然发火事故。如果抽放量偏小，又不能有效的控制工作面风流中的瓦斯浓度不超过煤矿安全规程规定。为此，选择变频器对瓦斯抽放泵进行调速控制，使瓦斯抽放达到最佳参数。既保证了采空区

41、抽放的需要，又达到节能的效果。v 另外，煤层瓦斯需要一个解析过程，如果瓦斯没有解析出来，再怎么抽也难以达到抽放效果，这时候就会造成电能的严重浪费案例v 贵州邦达能源开发有限公司红果煤矿一采区瓦斯泵变频调速控制系统。该系统包括两台450KW/10000V电机、两台280KW/660V电机。系统的组成主要包括如下部分： 高负压变频控制系统，输出功率分别为560KW、输出电压0-10KV。每套变频器可通过切换柜对两台瓦斯抽放泵变频运行进行控制，系统也可实现工频运行。 低负压变频控制系统，输出功率分别为355KW、输出电压0-660V。每套变频器可通过切换柜对两台瓦斯抽放泵变频运行进行控制，系统也可实

42、现工频运行。 一套PLC控制系统，包括一台西门子S7-300PLC系统。温度巡检仪安装在柜门上。PLC工作电源和变频器工作电源220V，需要3路，从工业广场引至机房。相关高低压电缆矿方提供。 一套上位机监控系统，采用组态软件“WINCC 6.2”作为开发平台。变频器技术特点v 高负压瓦斯抽放v 额定输入电压： 10kV（-20%+15%）v 输入频率：45 - 55Hzv 额定输出电压： 10KV额定输出功率： 560KWv 输入方式：36脉冲二极管全波整流输入v 输出方式： 每相8单元 载波移相 正弦波脉宽调制输出v 输入功率因数： 大于0.96（额定负载时）v 效率（含变压器）：大于96%

43、（额定负载时）v 输出频率：0 - 50Hz，连续可调v 频率分辨率： 0.01Hzv 过载能力：120%连续，150%1minv 控制电源：双路供电，220VAC，5kVAv 冷却方式：强制风冷v 防护等级：IP20v 模拟量输入：四路，05V/420mA，任意设定v 模拟量输出：两路，05V/420mA可选v 开关量输入输出：32入/16出（可按用户要求扩展）v 通讯接口：RS485接口v 运行环境温度：0到40v 贮存/运输温度： -40到70v 安装海拔高度：2000米v 运行参数自动记录和输出、自动故障记录、限流功能、输出电压自动调整功能、瞬时停电自动跟踪功能、单元旁路功能等。v 变

44、频器采用先进的功率单元串联叠波（又称功率单元多重化结构）方式、正弦波PWM调制方法，利用成熟的低压变频器技术和功率器件IGBT，从原理上保证了系统的可靠性，并使变频器的输入输出波形得到极大改善，在美国该方式变频器号称完美无谐波。v 功率单元和控制系统之间采用光纤通讯，实现强弱电间的完全电气隔离，提高了整个系统的抗干扰能力。 高压变频调速系统的结构图变频器控制方式变频器有三种控制方式：v 本地控制：从变频器操作界面控制电机的启动和停机，并能完成变频器的所有控制。该主回路为一拖二自动控制。1#电源提供1#电机的变频、工频的电源，2#电源提供2#电机的变频、工频的电源。两台电机一用一备或一台工频运行

45、、一台变频运行或两台同时工频运行，不能出现两台电机同时变频或一台电机同时变频、工频的现象。v 变频转工频控制可以实现手动、自动两种操作方式。在正常情况下，1-K1、1-K2、2K1、2-K2为闭合状态。通过DCS给出KM7或KM8合闸信号，来判断变频拖动1#电机或2#电机。若DCS给出KM7合闸信号，则选择的是1#电机，则KM1、KM3闭合，KM8、KM4、KM5、KM6为断开状态。操作原1#开关柜进行操作. 同时DCS可以远程控制两台电机的工频分闸、合闸。v 远程控制：通过内置PLC接受来自现场的开关量控制；v 上位控制：通过RS485接口，采用PRPFIBUS通讯协议，接收上位DCS系统的

46、控制；或与DCS硬连接。项目节能情况v 红果矿高负压瓦斯抽放系统数据项目节能情况v 红果矿低负压瓦斯泵运行数据电网无功补偿和谐波治理v 无功功率的基本常识 人们对有功功率的理解非常容易，而要深刻认识无功功率却并不是轻而易举的。在正弦电路中，无功功率的概念是清楚的，而在含有谐波时，至今尚无获得公认的无功功率定义。但是，对无功功率这一概念的重要性，对无功补偿重要性的认识，却是一致的。无功补偿应包含对基波无功功率的补偿和对谐波无功功率的补偿。后者实际上就是谐波的补偿。无功功率的基本常识无功功率的基本常识 无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不

47、对外做功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。 无功功率的基本常识无功功率的基本常识 无功功率决不是无用功率，它的用处很大，电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。 无功功率的基本常识无功功率的基本常识 在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够

48、的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。无功功率的基本常识无功功率的基本常识 无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现；而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现，不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。 无功功率的基本常识无功功率的基本常识 网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得，显然，这些无功功率如果都要由

49、发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。 v 无功补偿作用 提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。 在三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。无功补偿作用无功补偿作用v 稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线路中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力无功补偿作用无功补偿作用（1）减少电费开支 提高供电能力 电力公司对企业用电收费按其平均功率因数进行收费。一般以功率因数0.9为基数，高则减免收费，低于0.85则收取功

50、率调整费。电容补偿后，供电能力提高，还可有效减小供电系统中电缆截面，降低材料消耗。（2）节约电能 无功补偿在提高因数的同时，节约了无功功率线路损耗引起的电能损失。节约电能有挖掘变压器潜力和减少供电线路的电能损失两种方式。无功功率的产生无功功率的产生 无功功率的产生v 同步发电机，调整励磁电流，使其在滞后功率因数下运行，输出有功功率的同时输出无功功率。v 同步电动机，与前者的区别主要在于同步发电机位于发电厂，而同步电动机位于大用户处。v 同步调相机，当同步电动机不带负载而空载运行，专门向电网输送无功功率时，称为同步调相机 。主要装设于枢纽变电所。v 并联电容器，可提供超前的无功功率，多装设于降压

51、变电所内，也可就地补偿。v 静止无功补偿装置，具有调相机的功能，使用日益广泛，但投资较大。v 无功补偿的方式无功补偿的方式 近年来,随着经济的发展,电网不断延伸拓展,各种感性负载的增加,使得电网配电系统的无功需求量增加,功率因数降低。大量的无功功率削弱了供配电系统的供电能力,影响了供电质量,增加了电能损耗,缩短了用电设备的使用寿命。因此,对供配电系统进行无功补偿,提高功率因数,是其安全、合理、经济运行的重要保证。控制无功功率方法控制无功功率的方法很多，可采用：v 同步发电机，调整励磁电流，使其在超前功率因数下运行，输出有功功率的同时输出无功功率。v 同步电动机，与前者区别在于位于大用户处，而同

52、步发电机位于发电厂。v 同步调相机，当同步调相机不带负载而空载运行，专门向电网输送无功功率时，称为同步调相机。主要装设于枢纽变电所。v 并联电容器，可提供超前的无功功率，多装设于降压变电所内，亦可就地补偿。v 静止无功补偿装置，具有调相机的功能，使用日益广泛，但投资较大。 调相机 早期的无功补偿装置以同步调相机为典型代表,它相当于空载运行的同步电动机,在过励磁运行时,向系统发出感性无功功率,起到无功电源的作用;在欠励磁运行时,它从系统吸收感性功率,起到无功负荷的作用。通过自动励磁调节装置,同步调相机可以根据装设点的电压数值平滑改变输出(吸收)无功功率,进行电压调节,也有利于提高系统的稳定性。但

53、是同步调相机是旋转机械,有功损耗较大,约为容量的1.5%5%。小容量的同步调相机单位容量的投资费用较高,所以同步调相机一般宜于大容量集中使用。至今在无功补偿领域中这种装置还在使用,而且随着控制技术的进步,其控制性能还有所改善。电抗器 并联电抗器是无功补偿装置的重要组成部分,用来提高感性无功功率以平衡电力系统过剩的容性无功功率,这在电力系统初期输送功率较小及后期轻负荷时都是十分必要的。因为在上述两种情况下,输电线路上感性无功功率小,而导线的电容效应使输电线路产生的容性充电功率大于输电线路上的感性无功功率,为了维持系统的电压水平,必须满足系统无功平衡,否则电力系统的电压会升高,无法保证安全运行。电

54、容器补偿方式 当前供配电系统中,对无功补偿大多采用静态并联电容器,这种方式的缺点在于:不能根据系统运行方式的变化调整无功补偿容量,极易造成过补或欠补,尤其是无功补偿容量确定过大或过小时,因设备和系统的无功功率变化曲线而难以确定;运行中,电容器馈线柜须根据需要就地或在远方进行手动投切,响应慢,不能跟随系统无功功率变化及时调整,是造成过补、发生无功返送的主要原因;限流电抗器容量的选择关系到对系统高次谐波分量的抑制,系统的高次谐波须根据系统运行方式计算或现场实测,否则易造成谐振,放大高次谐波,同时使功率因数不会提高。 v 在系统中并联电容器,即增加了容性负载,从系统吸收容性无功功率,相当于发出感性无

55、功功率,满足线路和感性负荷的感性无功功率需求,达到无功补偿的目的。采用电容器进行无功补偿,一次性投资和运行费用都比较低,且安装调试简单,损耗低,效率高(损耗只有本身容量的0.02%左右),既可以集中使用,又可以分散装设。电容器补偿方式 目前,国内外电力系统中约90%的无功补偿容量是采用并联电容器实现的。但是并联电容器供给的无功功率与所在节点电压的平方成正比,当节点电压下降,需要增加无功功率时,其供给系统的无功功率反而减小。换言之,从补偿效果上说,系统电压变动时,并联电容器补偿效果不理想。 并联电容器补偿方式并联电容器补偿方式集中补偿集中补偿 电容器组集中装设在企业或地方总降压变电所的610KV

56、母线上，用来提高整个变电所的功率因数，使该变电所的供电范围内无功功率基本平衡。可减少高压线路的无功损耗，而且能够提高本变电所的供电电压质量。分组补偿分组补偿 将电容器组分别装设在功率因数较低的车间或终端变电所。这种方式具有与集中补偿相同的优点。仅无功补偿容量和范围相对小些。但是分组补偿的效果比较明显，采用也比较普遍。v 就地补偿就地补偿 将电容器或电容器组装设在电感性设备附近，就地进行无功补偿。这种方式既能提高为用电设备供电回路的功率因数，又能改善用电设备的电压质量。对中、小型设备十分适用。无功补偿器(SVC-Static Var Compensator)v 静止无功补偿器(SVC)是第二代无

57、功补偿装置,它被广泛用于输电系统波阻补偿及长距离输电的分段补偿,也大量用于负载无功补偿。其典型代表是固定电容器+晶闸管控制电抗器(Fixed Ca-pacitor+Thyristor Controlled-Reactor-FC+TCR)、晶闸管投切电容器(Thyristor Switching Capaci-or-TSC)及晶闸管投切电抗器(Thyristor ControlReactor-TCR)等等。 可以看出， SVC装置是一种快速调节无功功率的装置,它可使所需无功功率作随机调整,从而保持在冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。它可有效抑制冲击性负荷引起的电压波动和闪变、高次谐波,提高功

58、率因数,还可实现按各相的无功功率快速补偿调节实现三相无功功率平衡,使负荷处于稳定、安全、可靠的运行状态。SVC由可控支路和固定(或可变)电容器支路并联而成,主要下面有4种型式。 静止无功发生器 随着电力电子技术进一步发展,出现了采用自变换变流电路的静止无功补偿装置,即静止无功发生器SVG(Static Var (Static Var Generator-SVG)Generator-SVG)，或称为静止同步补偿器(Static Syn-chronous Compensator-STATCOM)。这可以称为是无功补偿装置的第三代。v SVG的等效电路如下图所示,由于在SVG中采用全控型器件(GTO

59、或IGBT),其交流侧电压的相位(以电网电压的相位为基准)是任意控制的,虽然交流侧电压的幅值受直流侧电压幅值限制,但在一定的范围内也是可控的,所以可以通过控制交流侧电压幅值和相位来改变交流侧电流的幅值和相位,即可实现交流侧电流相位超前或者滞后电网电压相位90,完成发出无功功率或者吸收无功功率的功能。低压电网的无功补偿方式低压电网的无功补偿主要涉及到线路的无功补偿和终端设备低压电网的无功补偿主要涉及到线路的无功补偿和终端设备的无功补偿，下面我们来进行简要介绍。的无功补偿，下面我们来进行简要介绍。线路无功补偿v 线路补偿即将户外并联电容器安装在架空线路上，以提高电网功率因数，达到降损升压的目的。这

60、种补偿主要应用在10KV等级电网中，在0.4KV电网中应用和研究较少，由于配电线路上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此，线路补偿必须结合以下实际工程要求来进行v 补偿点宜少。虽然多点补偿降损效果比单点补偿的效果好，但是多点补偿的安装费用和维护费都随补偿点的增加而正比增大。所以，一条配电线路上宜采用单点补偿，不宜采用多点补偿。v 控制方式从简。线路补偿不设分组投切，分组投切要设互感器，这要增大投资，增大维护费用，并影响电容器的使用寿命。v 补偿容量不宜过大，补偿容量太大，将会导致配电线路在轻载时过电压和过补偿