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　　1 前言
　　重慶打通一礦現(xiàn)在年產(chǎn)量1500kt/a，按重慶能投（集團）公司規(guī)劃，打通一礦將逐步實現(xiàn)2400kt/a的原煤生產(chǎn)量。隨著產(chǎn)量逐步的增加和開采水平的延伸，礦井瓦斯涌出量和回采后的瓦斯涌出量越來越大，嚴(yán)重制約著礦井的安全生產(chǎn)和發(fā)展，而采用瓦斯抽放泵抽取采空區(qū)涌出的瓦斯，能有效的控制采煤工作面和回風(fēng)系統(tǒng)的瓦斯量，使其不超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，保證礦井的生產(chǎn)。

　　對采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽放時，如果抽放量過大，將使工作面新鮮風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)，造成采空區(qū)自然發(fā)火事故。如果抽放量偏小，又不能有效的控制工作面風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔怀^《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。為此，經(jīng)過考察對比，選擇北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A系列高壓變頻器對瓦斯抽放泵進(jìn)行調(diào)速控制，使瓦斯抽放達(dá)到最佳參數(shù)。既保證了采空區(qū)抽放的需要，又達(dá)到節(jié)能的效果。

　　2 抽放系統(tǒng)的工藝及主要參數(shù)
　　從采空區(qū)底板瓦斯巷道安裝直徑1000mm的瓦斯抽放管道至地面采空區(qū)抽放泵房，抽放泵采用SKA-720型水環(huán)式真空泵。抽放系統(tǒng)工藝見圖2.1。

圖2.1  抽放系統(tǒng)工藝示意圖
　　相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：
　　2.1 水環(huán)式真空泵：
　　型號：SKA-720                       最大抽速： 635m3/min
　　額定轉(zhuǎn)速：340r/min                  極限真空度：160MPa
　 　　2.2 配用電動機：
　　型號：YB63052-4                       額定功率：900kW
　　額定電壓：6kV                         額定電流：104.2A
　　額定轉(zhuǎn)速：1483r/min                   功率因數(shù)：0.87
　　3 高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)方案
　　3.1高壓變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點
　　HARSVERT-A系列高壓變頻器由移相變壓器、功率單元模塊和控制器組成。內(nèi)部十五個相同的功率單元模每五個模塊為一組構(gòu)成一相，分別對應(yīng)高壓回路的三相。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖3.1

圖3.1 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成30脈沖整流方式，這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。

　　功率單元是一種單相橋式變換器，為一種交-直-交單相逆變電路。由輸入干式變壓器的副邊供電，經(jīng)三相全橋整流、濾波電路濾波后由4個IGTB以PWM進(jìn)行控制，產(chǎn)生設(shè)定的頻率波形。每個功率單元結(jié)構(gòu)完全一致，可以互換。其電路結(jié)構(gòu)見圖3.2。當(dāng)某一單元出現(xiàn)故障時，通過繼電器K閉合，可將此單元旁路出系統(tǒng)而不影響其他單元的運行，變頻器可以持續(xù)降額運行，通過這種旁路功能可以減少很多場合下停機造成的損失。

圖3.2 功率單元電路結(jié)構(gòu)圖
　　3.2 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)
　　根據(jù)瓦斯抽放泵電動機參數(shù)和現(xiàn)場需要，配置1臺高壓變頻器，其詳細(xì)參數(shù)如下：
　　變頻器型號：HARSVERT-A06/110
　　適配電動機功率：900kW
　　額定輸出電流：110A
　　輸入功率因數(shù)：0.95（＞20%負(fù)載）
　　變頻器效率：額定負(fù)載下＞0.96
　　輸出頻率范圍：0.5Hz～120Hz
　　輸出頻率分辨率：0.01Hz
　　過載能力：120%1min，150%立即保護
　　模擬量輸入：0～10V/4～20mA任意設(shè)定
　　模擬量輸出：兩路0～10V/4～20mA可選
　　加、減速時間：0.1～3000s
　　控制開關(guān)量輸入/輸出：4路輸出/4路輸入
　　冷卻方式：風(fēng)冷
　　3.3 主回路方案    

圖3.3 電氣主回路原理圖
　　瓦斯抽放泵與礦井主通風(fēng)機一樣是煤礦的主要設(shè)備，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，采用雙回路電源供電，瓦斯抽放泵房內(nèi)安裝2臺瓦斯抽放泵，1臺運行1臺完好備用。因此選用高壓變頻器一拖二方案。其電氣主回路原理如圖3.3。
　　采用以上主回路方案，可以實現(xiàn)以下幾種運行方式：
　　⑴ Ⅰ段母線電源供電，用變頻器運行1#瓦斯抽放泵：由QS1、QF1、QS3、QS7組成。
　　⑵ Ⅰ段母線電源供電，用變頻器運行2#瓦斯抽放泵：由QS1、QF1、QS3、QS8組成。
　　⑶ Ⅱ段母線電源供電，用變頻器運行2#瓦斯抽放泵：由QS2、QF2、QS4、QS8組成。
　　⑷ Ⅱ段母線電源供電，用變頻器運行1#瓦斯抽放泵：由QS2、QF2、QS4、QS7組成。
　　⑸ Ⅰ段母線電源供電，用工頻運行1#瓦斯抽放泵：由QS1、QF1、QS5組成。
　　⑹ Ⅱ段母線電源供電，用工頻運行2#瓦斯抽放泵：由QS2、QF2、QS6組成。
　　3.4 高壓變頻器的安裝調(diào)試
　　⑴ 瓦斯抽放泵房抽取的是可燃易爆氣體，泵房內(nèi)所有電氣設(shè)備均為礦用防爆設(shè)備，而高壓變頻器為非防爆產(chǎn)品，為此，將高壓變頻器與瓦斯抽放泵房隔離安裝在獨立的電控室內(nèi)。變頻器至電動機采用高壓電纜敷設(shè)。
　　⑵ 安裝完畢系統(tǒng)空重負(fù)荷試車后，瓦斯抽放系統(tǒng)投入運行，根據(jù)運行情況分別對瓦斯抽放泵運行在30Hz～50Hz進(jìn)行了參數(shù)考察，其考察參數(shù)（平均值）統(tǒng)計如表3.1：
　　表3.1 瓦斯抽放系統(tǒng)運行參數(shù)統(tǒng)計表

　　4瓦斯抽放系統(tǒng)使用變頻器的效果分析
　　4.1滿足了工況運行的需要
　　采空區(qū)抽放系統(tǒng)，主要是為以滿足采煤工作面在回采過程中瓦斯不超過《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，從而保證礦井的安全生產(chǎn)。根據(jù)考察，瓦斯抽放泵一般運行在35Hz～45Hz之間，運行頻率與采煤工作面和接抽尾排孔的距離有關(guān)。當(dāng)工作面推進(jìn)與接抽尾排孔較進(jìn)時，運行頻率較低，反之運行頻率較高。通過定期測定采煤工作面瓦斯抽放參數(shù)進(jìn)行分析，確定瓦斯抽放泵的運行頻率，以滿足采空區(qū)抽放的需要，即保證了回采工作面瓦斯不超限，工作面的安全工作環(huán)境得到保障；又能保證工作面的新鮮風(fēng)不進(jìn)入采空區(qū)，避免采空區(qū)自然發(fā)火事故的發(fā)生。從而使回采工作面的原煤產(chǎn)量得到了很大的提高。
　　4.2變頻器軟啟動的效果
　　瓦斯抽放泵電動機功率大，如果采用直接啟動，啟動時間長，啟動電流大，對電動機的絕緣有著較大的威脅，啟動壓降對電網(wǎng)的影響較大，對設(shè)備的機械沖擊大。采用變頻器實現(xiàn)了瓦斯抽放泵的軟啟動和軟停車，具有如下效果：
　　⑴ 消除了電動機因啟動和停車對設(shè)備的沖擊，延長了瓦斯抽放泵以及電動機的使用壽命；
　　⑵ 限制了啟動時的啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，減少了啟動峰值功率損耗；
　　⑶ 瓦斯抽放泵的運轉(zhuǎn)速度下降后，改善了設(shè)備運轉(zhuǎn)部位的潤滑條件，降低了傳動裝置的故障。
　　4.3 變頻運行的節(jié)能效果
　　4.3.1 變頻運行節(jié)能計算<