变频技术在煤矿中的应用

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1673-0992（2011）01-0134-01

摘要：本文首先分析了煤矿耗能情况，阐述了变频技术应用于煤矿生产的重要意义；然后对变频技术成熟应用的矿井提升机变频系统、钢缆皮带变频调速系统、电机车变频、主通风机变频等进行了分析；对比采用变频技术的前后性能变化，验证了变频技术应用于煤矿生产的可行性与优越性；最后对变频技术应用到更多煤矿生产环节进行了分析展望。

关键词：变频技术；煤矿；应用

1引言

煤矿是当前工业生产的耗能大户，在节能减排的今天，煤矿的节能降耗受到了广泛的关注。而在煤矿生产过程中，提升运输系统、通风排水系统消耗的能量占总消耗能量的70%左右。随着工业技术的发展，变频调速不仅可优化调速性能，而且可实现节能降耗，一般能节电30%左右[1]，因此利用变频技术对煤矿提升系统、排水系统、通风系统、压风系统、采煤机械、运输机械等进行设备技术改造，完全可以实现改善系统运行工况，节约电能，提高生产效率的目的，其在煤矿的应用与推广，不仅可以显著的提高煤矿机电设备性能和自动化程度，而且可以实现节能增效，降低吨煤成本，对煤矿企业来说具有很大的经济效益和社会效益。

2变频技术在煤矿中的应用

2.1变频技术在矿井提升机中的应用

矿井提升机是煤矿提升原煤、矸石、升降人员、材料和设备的主要运输设备，是煤矿生产的重要环节，其性能的优劣，生产可靠性的高低，将直接关系到煤矿的正常生产和提升效率。因此煤矿提升系统要求具有良好的调速性能、可快速正反转运行、适应频繁起停、动态响应快、可四象限运行等特点，并且系统运行要求稳定可靠。

以十矿院内副井为例，建井时间为1957年，所用提升设备为捷克产型号为2JK4×1.8/11.5的绞车提升系统，电机为绕线异步电机，采用切换电阻调速，不仅调速有级差、稳态精度差、效率低、维护工作量大，而且大量电能被消耗在绕线电机的转子电阻上，能量损耗严重。

随着中矿传动公司全数字转子三电平交一直—交双馈变频调速系统的研制成功并在十矿院内副井投入使用，不仅改善了调速性能，实现了生产过程的自动化，减小了人为的误操作，而且能将下放罐笼时的位能转化为电能再通过转子侧变频器反馈回电网。采用IGBT双馈调速控制，电机起动平稳可靠，减小了提升机维护工作量，缩短了单钩运行时间，增加了提升产量，最大限度地发挥了提升设备的性能，成功地实现了副井节能降耗25%左右。

2.2 变频技术在皮带输送机上的应用

长期工频不调速运行，使用中相当长时间都处在空载或轻载运行状态，再加上液力耦合器效率低，使胶带机运行起来非常不经济，另外电机的直接起停操作，不仅在电气上产生冲击，在机械上也造成了冲击磨损，加大了设备维护和检修的投入，因此急需进行技术革新。特别是钢丝绳胶带输送机作为乘人装置时，更需要平稳安全起动，运行中也要进行速度调控。

变频调速因具有调速平稳，性能可靠，节能效果好等优点而受到煤矿胶带运输设备商和应用企业的关注，应用其来驱动电动机，实现大转矩平稳起动，提高功率因数，十矿近几年来通过与中矿传动、唐山开城等企业进行合作，将大斜井钢缆、己四钢缆改造成了变频控制系统，实现了重载软启动，减小了设备发热损耗，解决了设备机械和电气冲击问题，延长了使用寿命，不仅提高了设备的性能，也提高了系统的可操作性与可维护性，效果良好。

2.3 斩波控制应用在蓄电池电机车

当前，井下运输主要靠轨道运输实现，而在主要运输大巷内，直流电机车成为主要动力源来运送设备与物料，然而直流电机驱动系统由于具有电刷和换向器因而必须经常检修、容易产生换向火花等缺点一直限制了煤矿井下大巷的运输效率提升，并且对于高瓦斯矿井，换向火花也是一个需要解决的重大安全生产隐患。将斩波控制应用在蓄电池电机车上，将直流电机驱动改造成三相交流电机驱动，不仅提高了电能利用效率，而且缩短了电机车检修时间，减小了维护工时及设备损耗，保障了运输系统安全高效运行。

2.4 变频技术在矿井通风机中的应用

矿井通风机是煤矿生产的主要用电设备之一，一般采用恒速运转，供电电压高，容量较大，是矿山节能的重要方面之一。据统计，全国矿用通风机数量达数万台之多，功率范围从几千瓦到几千千瓦不等，然而实际运行中 ，效率只有少数能达到70%左右，一般仅有50%左右[2]，因此对其进行节能改造意义重大。

按照最新煤矿安全生产要求，矿井按风量定产量[3]。因此要满足矿井最大开采量时所需风量进行通风机的选型设计，故在煤矿刚建成的几年甚至十几年内，矿井通风机都处在低负荷运行，当需调节风量时，采用调节风门挡板开度来进行，造成了能量的浪费，效率的降低。当采用变频技术以后，在建矿初期或采掘用风量较小时，采用低频低速运行，依据需要风量进行调频供风，减小设备的供风消耗，提高企业的生产效率。

2.5 变频技术在水泵中的应用

煤矿生产过程中，根据生产的需要，水流量要处于变工况运行状态，而在调节水泵流量时，常采用机械调节阀门开度来实现，水泵电机将一直处于恒转速运行状态，很不经济，因此对煤矿水泵进行节能改造极具现实意义。采用变频技术对水泵进行节能改造后，在排水量相同的情况下，电机功率和电流都下降，功率因数提高，可将电机水泵调节到最佳运行工况点，延长使用寿命，减小设备维护量，月节电达20%左右，变频启动和流量调节平稳，减小了直接启动高压大功率电机对电网的冲击效应，运行效果显著。

3 结论

近年来，随着全国煤炭形势的好转及煤炭企业安全生产的需要，新技术、新工艺、新手段不断的改进并应用到矿山的生产，不仅淘汰了一批老旧的生产设备，实现了升级换代，而且提高了产品的可靠性与可用性，也提高了产品的自动化程度与效率。特别是变频技术应用于煤矿生产，不仅提高了设备运行性能和生产效率，而且实现了节能增效。其在煤矿的成熟和推广应用，不仅可节约能源，而且可以实现企业的安全生产，对国家的经济发展具有很强的促进作用。

参考文献：

[1]牛玉卉. 变频技术在煤矿的应用及节能效果研究[J]. 山西科技，2009，6：148-149.

[2]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.

[3]张楠，赵嘉博.我国煤矿机电设备变频技术的应用现状[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2008，5（1）:64-66.

作者简介：丁贵江（1958—），男，河南新乡人，工程师，1996年毕业于重庆大学机电一体化，主要从事矿山机电运输工作，现任平顶山市天安煤业股份有限公司十矿机运区区长。