兗州礦業(yè)（集團）公司濟寧三號煤礦空氣壓縮機在原有聯(lián)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)用IGBT 直接串聯(lián)技術(shù)、直接速度控制技術(shù)、抗共模電壓技術(shù)和正弦波技術(shù)。 同時進行了運行方式的升級改造，消除了原系統(tǒng)啟動電流大、維修費用高、空載運行時間長和氣壓波動大等缺陷，達到了節(jié)能降耗的目的。

濟寧三號煤礦共安裝9 臺螺桿式空氣壓縮機，正常運行5 臺，總功率為2100 kW，年耗電量占工業(yè)生產(chǎn)耗電量的9.58%。 隨著礦井的開采，供風(fēng)距離延長，系統(tǒng)存在以下問題：耗電大?？諌簷C滿載-空載交替運行，空載運行浪費電能；設(shè)備磨損大。空壓機頻繁啟停，使用壽命縮短，增加維護成本和工作量；影響電網(wǎng)安全。 空壓機電機直接起動，沖擊電流大，影響電網(wǎng)及其它用電設(shè)備的運行安全；供氣不穩(wěn)定。 壓力的調(diào)節(jié)靠進氣閥的開閉來完成，無法閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)精度差，難以保證氣源穩(wěn)定。 經(jīng)調(diào)查研究，采用IGBT 直接串聯(lián)高壓變頻技術(shù)對空壓機實施節(jié)能改造，解決能源浪費和安全經(jīng)濟運行的問題。

⑴節(jié)能改造的原理

根據(jù)空氣壓縮理論，空壓機的軸功率、排氣量和軸轉(zhuǎn)速符合下列公式：

Pr=n mr/9553 Vd1=KVh1n2

式中 Pr——空壓機軸功率，kW

n——空壓機軸轉(zhuǎn)速，r/min

mr——空壓機輸入的平均軸扭矩，N·m

Vd1——在n2轉(zhuǎn)速下的排氣量，m3/min

K——與汽缸容積、溫度、壓力和泄露有關(guān)的系數(shù)

n2——變頻調(diào)節(jié)后的空壓機轉(zhuǎn)速，r/min

Vh1——一級缸容積，m3

根據(jù)上述理論分析，在空壓機的汽缸容積不能改變的條件下，只有調(diào)節(jié)空壓機的轉(zhuǎn)速才能改變排氣量；空壓機是恒轉(zhuǎn)矩負載，空壓機軸功率與轉(zhuǎn)速呈正比變化；在空壓機總排氣量大于用氣量時，通過降低空壓機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供風(fēng)壓力，是空壓機經(jīng)濟運行的有效方法。

⑵改造的實施

原工況中，9 臺空壓機循環(huán)投入使用。 為使投入產(chǎn)出效益最大化，確定采用1 臺JCS6k-315型空壓機專用高壓變頻裝置分別對2 臺6 kV 空壓機進行“一拖二”的變頻控制。 安裝時，保留原空壓機的控制柜，將變頻器控制柜主電路輸出接到原控制柜相對應(yīng)的空壓機電機的接觸器上，實現(xiàn)工頻和變頻的互鎖。操作時只需對變頻控制柜進行操作即可。

運行原理如下：

①KM30 和 KM80 互 鎖 ；KM30 和 KM31 互鎖；KM80 和 KM81 互鎖。

②在設(shè)備第一次運行時，首先人工投入變頻調(diào)速裝置，并設(shè)定好所需的壓力值。 當(dāng)聯(lián)控系統(tǒng)選中3#或8#空壓機運行時，KM3 或KM8 閉合，此時 KM30 和 KM81 或 KM80 和 KM31 閉合，3#或8#空壓機就會在變頻狀態(tài)下啟動并運行。

③當(dāng)3# 或8# 空壓機已在變頻狀態(tài)下運行時， 此時如果聯(lián)控系統(tǒng)選中了8# 或3# 空壓機，由于 KM30 和 KM80 互鎖，8# 或 3# 空壓機就會在工頻狀態(tài)下啟動并運行。

④在變頻運行時采用人工手動或傳感器反饋自動進行頻率調(diào)節(jié)，控制電機的轉(zhuǎn)速，拖動負載變轉(zhuǎn)速運行， 實現(xiàn)設(shè)備的手動或自動變頻調(diào)速。

⑶效果

節(jié)能技術(shù)改造后，經(jīng)過測試各運行參數(shù)一直正常，變頻器質(zhì)量性能良好，安全可靠，變頻器運行穩(wěn)定，管網(wǎng)壓力波動范圍較小，能夠滿足礦井用風(fēng)需求，達到了安全生產(chǎn)和節(jié)約用電的雙重效果。 8# 空壓機原工序能耗 0.129 kWh/m3·MPa，現(xiàn)工序能耗 0.114 kWh/m3·MPa，8# 空壓機平均月工作量 1 002 019 m3·MPa， 節(jié)約電費 (0.129-0.114)×1002019×12×0.60=10.82 萬元， 節(jié)約材料費7 萬元左右， 人工維護費用約3 萬元左右，年合計約20.82 萬元； 滿足了井下用風(fēng)量的需求，減小空載運行時間，降低工序能耗，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。