引言

　　节能降耗已成为我国的基本国策。煤矿企业既是产能大户，又是耗能大户，许多煤矿企业都非常重视高耗能用电设备的节能技改工作。特别是主通风机，设备功率大、24 h不停运转。由于煤矿特殊的工艺要求，该设备存在很大的节能空问。在满足矿井的通风需要的同时，又实现最大程度的节能，本文通过阐述对山西煤炭运销集团矿井主通风机采用高压变频改造，选用功率单元串联多电平高压变频器，实现了主通风机的电能节约和风量无级自动调节。

　　1、设备的工况和节能要求

　　1.1、设备参数

　　煤矿企业主通风机为南阳防爆集团生产的2台防爆对旋式轴流通风机。风机主要参数如下：

　　* 型号：BDK65—10一N026

　　* 电动机额定功率/kW：2 x 800

　　* 负压/Pa：3077～120

　　* 风量/m •s：60～150

　　* 额定转速/r-min：990

　　* 额定电压/V：10000

　　* 额定电流/A：2x 56.3

　　* 绝缘等级：F级

　　1.2、运行情况

　　2台对旋风机互为备用，单台电机运行电流在43 A左右，该风机月用电量在63万kWh以上。

　　1.3、对设备节能的具体要求

　　根据矿井具体情况，确定了采用变频方式进行技术改造。

　　(1)在不影响通风量的前提下，变频设备应大幅度降低原用电设备(指的是煤矿主通风机)的电能，节电量要在20% 以上。

　　(2)在不降低的基础上，能够提高原用电设备的安全性和稳定性。

　　(3)变频设备自身的使用寿命长，损耗低，日常维护量少。同时能够降低原用电设备的维护量。

　　(4)变频设备操作方便、不改变原用电设备操作工的操作习惯。操作工在简单培训后就可以熟练操作变频设备。

　　(5)为了满足未来煤矿的发展需要，变频设备容量留有一定的富裕。

　　2、改造方案的确定

　　经过论证分析，确定了采用功率单元串联多电平型高压变频器根据井下负压值连续控制主通风机的风量的节能方案，利用1台变频器同时拖动1台对旋风机的2台电机，2台对旋风机可以分时使用变频。

　　2.1、风量调节方式的选择

　　矿井生产过程中，井下对风量的需求和通风网络特性经常发生变化，需要经常调节风机的工况点以适应生产要求。《煤矿安全规程》对煤矿井下的通风量有具体规定，小了不能满足要求，大了会使采煤工作面粉尘加剧而且浪费能源，操作工人通过观察井下的负压值高低来判断风量是否适合。

　　原系统主通风机的风量调节主要是改变叶片安装角度和节流调节，但是节流调节会造成能源浪费;改变叶轮叶片安装角度一方面需停机操作，另一方面也会使风机效率发生变化，通常需调节的幅度较大时才采用。只有根据负压值变化自动调节转速的方式不改变风机的效率，在各个工况点实现不停机调节风机高效状态下运转。

　　2.2、调速方式的选择

　　(1)液力耦合器在电机和负载之间串人一个液力耦合装置，通过液面的高低调节电机和负载之间耦合力的大小，实现负载的速度调节。这种调速方法实质上是转差功率消耗型的做法，其主要缺点是随着转速下降效率越来越低，并且维护工作量大。

　　(2)串级调速 串级调速必须采用绕线式异步电动机，将转子绕组的一部分能量通过整流、逆变再送回到电网，而现在工业现场几乎都采用鼠笼式异步电动机，更换电机非常麻烦。这种调速方式的调速范围一般在70% ～95%，调速范围窄。容易造成对电网的谐波污染，功率因数低;串级调速电机受转子滑环的影响，大功率无法实现;滑环维护工作量大;属于落后技术。

　　(3)变频调速方式(根据公式n=60f(1一s)/P)通过高压变频器改变电源频率来调节三相异步电机的转速。这种调速方式调速范围宽、设备使用寿命长、自身能耗低、日常维护量少。缺点是设备造价比较高，但是随着高压变频器大规模的推广，其造价正在逐步降低。通过以上分析可见高压变频方式最为合适。

　　2.3、高压变频器种类的选择

　　高压变频技术由于现有的电力电子器件耐压不足，所以每台产品均需要使用大量的电力电子器件。这些器件组合的多样性，使得高压变频电路组合也很多，当前常用的高压变频器主要有以下几类技术

　　方案：

　　(1) 高低高方式

　　即变频器为低压变频器，采用输入降压变压器，先把电网电压降低，然后采用1台低压变频器实现变频;对于电机，则有2种办法：①改用低压电机;②仍采用原来的高压电机，需要在变频器和电机之间再增加1台升压变压器，即高一低一高变频方式。这种做法由于采用低压变频器，容量也比较小，对电网侧的谐波较大。

　　(2) 三电平电压型高压变频调速方式

　　三电平电压源型高压变频技术通过独特的二极管钳位(或者其他的钳位)方法，可以使系统的输出电压增加一个电平，与两电平相比较，这种方式的相电压可以有3个电平输出，故称为三电平。同时每个电力电子器件所承受的耐压只有直流母线电压的一半，所以采用这种方式，可以使电力电子器件的耐压要求降低一半，当采用一些高压的全控型器件，如高压IGBrI1、IGCT、ⅢCI1、GTO晶闸管时，可以直接实现高压输出。由于控制上难度较大，这种方法目前应用比较少，技术尚不成熟，所以不采用。