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[摘 要]鸟山煤矿所选择的主要通风机型号为FBDCZ（A）-12-№36的对旋主扇。主要参数为： 风量：Q=100～253m3/s，静压：H=1160～3362Pa，电动机额定电压6KV，功率为560×2KW。电控系统为高压变频控制系统。该系统设备选用北京合康亿盛HIVERT系列的变频器。该变频器运用可靠成熟的单元串联多电平叠波的拓扑结构，采用PWM脉宽调制控制方式，设备新颖的全中文操作界面，可靠性高，性能优越，操作简便。该系统还实现了变频向工频旁路转换的综合控制方式，系统的可靠性大大提高。
[关键词]矿井主通风系统 安全可靠 经济选型
中图分类号：TD441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）19-0047-01
前言：在煤矿生产中，矿井主通风机是矿井系统中最主要的设备。也是矿井电力耗能的大户。实现矿井主通风机的安全、可靠与节能运转是矿井机电人员研究的课题。传统的矿井主通风机控制及风量，风压调节方式多采用直接启动，调整风机叶片角度方法进行，其主要缺点是：对电网冲击大、电机绝缘老化快；风量风压调整范围小，且风机工况点工作不一定在高效节能区，甚至运行效率极低且有产生喘振的现象，节能效果较差。
合理选型：该控制系统的合理选用，对鸟山煤矿节能效果尤为突出，因鸟山煤矿是新建矿井，且矿井正处于工程建设二期，主扇选择兼顾矿井50余年的服务期。即便目前的开拓建设到首采面投产的三年间，因矿井通风网络简单，在风量风压变化不大情况下，若采用传统控制方法，即使采用对旋主扇单级叶片极小角度运行，也会造成严重的电能浪费。因此，采用该控制系统是实现矿井安全生产，节约电能的优选系统。
设备技术性能：HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT，采用矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制IGBT的导通和关断，输出脉宽调制波形。采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。
一、主要工作原理
（1）主电路
HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。由于IGBT耐压所限，无法直接逆变输出6KV、10KV，而因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。HIVERT变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。
隔离变压器（以下简称主变压器），强制风冷，有使用寿命长、免维护等优点。变压器原边为Y型接法，直接与高压相接。 组数量依变频器电压等级及结构而定，延边三角形接法，为每个功率单元提供三相电源输入。
由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组间有一定的相位差，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，所以HIVERT变频器输入电流的总谐波含量（THD）远小于国家标准5%的要求，并且能保持接近1的输入功率因数。
变频器输出是将多个三相输入、单相输出的低压功率单元串联叠波得到。这种应用形式减小了dv/dt对电机绝缘的破坏，并大大削弱了输出电压的谐波含量，因为电机电感的滤波效果，输出电流波形更优于电压波形，电压等级数量的增加，大大改善了变频器的输出性能，输出波形几乎接近正弦波。
（2）功率单元
功率单元原理：输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流给电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。
功率单元通过光纤接收信号，采用矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式。
（3）控制系统
控制系统由控制器，IO板和人机界面组成。控制器由光纤板，信号板，主控板，电源板，连接板以及母版组成。光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号或工作模式。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。
二、主要硬件构成：
（1）变压器柜
变压器柜内装有为功率单元提供三相电源的移相变压器。柜门上还装设有干式变压器温度控制仪，为变压器提供温度告警和过热保护。柜门内侧装有行程开关，当柜门打开时告警。
变压器正面右侧是副边绕组接线区域，与功率单元的三相输入电缆连接，接线柱与电缆的标号要一一对应。变频器的三相高压输入和输出从底部（通过地沟）或侧面（通过地面）进入变压器背面。输入电源接线在上部，直接进入变压器。输出在下部，从功率单元来，为电机提供变频电源，要根据电机的旋转方向调整相序关系。进出线高压电缆连接好后，一定要与变压器或柜体固定好。
（2）控制/单元柜
单元柜内安装的功率单元分成三组，每组排列成一排，每组串联成一相，每相串联的单元数量因电压等级的不同而不同，6KV电压等级为每相5个单元。A、C相在连接到出线铜排前穿有霍尔元件，检测输出电流。
柜门外装有过滤层，用于阻挡粉尘进入单元内部。柜门内侧装有行程开关，用于柜门连锁，柜门打开时将发出告警。
控制系统安装在柜的后右面，从上到下依次为控制器（内含光纤板、主控板、信号板、电源板）和IO接口板。
电源开关及用户接线端子排在背面的右侧小门内，变频器输出接线柱在变压器柜背面的左侧挡板内。
操作人机界面安装在柜门上，人机界面下方是“系统复位”按钮及“高压分断”自锁按钮。触摸屏上方有“高压指示”灯、“运行指示”灯和“故障指示”灯。
控制系统由220VAC和高压主电源双路供电，以保证运行过程中220VAC电源出现故障时变频器能继续工作。光纤板连接与单元通讯的光缆，一块光纤板对应其中一相的单元。电源板为控制器本身提供工作电源。
（3）功率单元
功率单元（简称单元）安装在单元柜内，单元的三相输入接主变压器的二次输出，并由熔断器保护；单相输出串联后，一端与其他两相短接成星点，一端输出到电机。
单元内有独立的控制板、驱动板、有源逆变母板和有源逆变控制板，控制板工作电源取自主回路中的直流环节，采用开关电源，最高工作电压1250VDC。驱动板电源取自控制板用于驱动IGBT，控制板通过光纤与系统中的光纤板通讯。光纤是单元与主控系统的唯一连接，因而实现了单元与主控系统的完全电气隔。
（4）旁路柜
旁路柜的作用是在变频器故障时将主通风机投入到工频电网中，以保证通风安全和生产的连续性，提高系统的可靠性。本系统因工况要求配置自动旁路柜，投切过程自动实现。柜内有三个高压真空接触器，其中有两个为互锁关系，以确保工频电源不会直接送到变频器的输出端子上。为了变频器维修方便，变频柜上带有隔离刀闸，用于将变频器从高压电源中隔离出来，从而确保变频器检修中的安全。
故障与维护：HIVERT高压变频器具有完善的故障监测和保护功能。故障分轻故障和重故障两类，故障是由报警输出：轻故障时系统可以正常上电、启动和运行；重故障时，系统立即切断变频器高压电源，保存故障信息，并将系统锁存，同时转入工频运行。
总之，无论从经济效益，还是主通风机安全可靠性，具有系统操作简单、运行平稳可靠、可实现连续性，为确保煤矿安全生产值得在类似矿井推广应用。
作者简介
王辉（1964—），男，1988年7月毕业于鹤岗工学院矿山机电专业，大专学历，工程师，现任龙煤股份鹤岗分公司安全监察部机运处监察室主任。
黑龙江省鹤岗市龙煤分公司振兴煤矿机电科辛凤安15846888388。
[关键词]矿井主通风系统 安全可靠 经济选型
中图分类号：TD441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）19-0047-01
前言：在煤矿生产中，矿井主通风机是矿井系统中最主要的设备。也是矿井电力耗能的大户。实现矿井主通风机的安全、可靠与节能运转是矿井机电人员研究的课题。传统的矿井主通风机控制及风量，风压调节方式多采用直接启动，调整风机叶片角度方法进行，其主要缺点是：对电网冲击大、电机绝缘老化快；风量风压调整范围小，且风机工况点工作不一定在高效节能区，甚至运行效率极低且有产生喘振的现象，节能效果较差。
合理选型：该控制系统的合理选用，对鸟山煤矿节能效果尤为突出，因鸟山煤矿是新建矿井，且矿井正处于工程建设二期，主扇选择兼顾矿井50余年的服务期。即便目前的开拓建设到首采面投产的三年间，因矿井通风网络简单，在风量风压变化不大情况下，若采用传统控制方法，即使采用对旋主扇单级叶片极小角度运行，也会造成严重的电能浪费。因此，采用该控制系统是实现矿井安全生产，节约电能的优选系统。
设备技术性能：HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT，采用矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制IGBT的导通和关断，输出脉宽调制波形。采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。
一、主要工作原理
（1）主电路
HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。由于IGBT耐压所限，无法直接逆变输出6KV、10KV，而因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。HIVERT变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。
隔离变压器（以下简称主变压器），强制风冷，有使用寿命长、免维护等优点。变压器原边为Y型接法，直接与高压相接。 组数量依变频器电压等级及结构而定，延边三角形接法，为每个功率单元提供三相电源输入。
由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组间有一定的相位差，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，所以HIVERT变频器输入电流的总谐波含量（THD）远小于国家标准5%的要求，并且能保持接近1的输入功率因数。
变频器输出是将多个三相输入、单相输出的低压功率单元串联叠波得到。这种应用形式减小了dv/dt对电机绝缘的破坏，并大大削弱了输出电压的谐波含量，因为电机电感的滤波效果，输出电流波形更优于电压波形，电压等级数量的增加，大大改善了变频器的输出性能，输出波形几乎接近正弦波。
（2）功率单元
功率单元原理：输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流给电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。
功率单元通过光纤接收信号，采用矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式。
（3）控制系统
控制系统由控制器，IO板和人机界面组成。控制器由光纤板，信号板，主控板，电源板，连接板以及母版组成。光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号或工作模式。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。
二、主要硬件构成：
（1）变压器柜
变压器柜内装有为功率单元提供三相电源的移相变压器。柜门上还装设有干式变压器温度控制仪，为变压器提供温度告警和过热保护。柜门内侧装有行程开关，当柜门打开时告警。
变压器正面右侧是副边绕组接线区域，与功率单元的三相输入电缆连接，接线柱与电缆的标号要一一对应。变频器的三相高压输入和输出从底部（通过地沟）或侧面（通过地面）进入变压器背面。输入电源接线在上部，直接进入变压器。输出在下部，从功率单元来，为电机提供变频电源，要根据电机的旋转方向调整相序关系。进出线高压电缆连接好后，一定要与变压器或柜体固定好。
（2）控制/单元柜
单元柜内安装的功率单元分成三组，每组排列成一排，每组串联成一相，每相串联的单元数量因电压等级的不同而不同，6KV电压等级为每相5个单元。A、C相在连接到出线铜排前穿有霍尔元件，检测输出电流。
柜门外装有过滤层，用于阻挡粉尘进入单元内部。柜门内侧装有行程开关，用于柜门连锁，柜门打开时将发出告警。
控制系统安装在柜的后右面，从上到下依次为控制器（内含光纤板、主控板、信号板、电源板）和IO接口板。
电源开关及用户接线端子排在背面的右侧小门内，变频器输出接线柱在变压器柜背面的左侧挡板内。
操作人机界面安装在柜门上，人机界面下方是“系统复位”按钮及“高压分断”自锁按钮。触摸屏上方有“高压指示”灯、“运行指示”灯和“故障指示”灯。
控制系统由220VAC和高压主电源双路供电，以保证运行过程中220VAC电源出现故障时变频器能继续工作。光纤板连接与单元通讯的光缆，一块光纤板对应其中一相的单元。电源板为控制器本身提供工作电源。
（3）功率单元
功率单元（简称单元）安装在单元柜内，单元的三相输入接主变压器的二次输出，并由熔断器保护；单相输出串联后，一端与其他两相短接成星点，一端输出到电机。
单元内有独立的控制板、驱动板、有源逆变母板和有源逆变控制板，控制板工作电源取自主回路中的直流环节，采用开关电源，最高工作电压1250VDC。驱动板电源取自控制板用于驱动IGBT，控制板通过光纤与系统中的光纤板通讯。光纤是单元与主控系统的唯一连接，因而实现了单元与主控系统的完全电气隔。
（4）旁路柜
旁路柜的作用是在变频器故障时将主通风机投入到工频电网中，以保证通风安全和生产的连续性，提高系统的可靠性。本系统因工况要求配置自动旁路柜，投切过程自动实现。柜内有三个高压真空接触器，其中有两个为互锁关系，以确保工频电源不会直接送到变频器的输出端子上。为了变频器维修方便，变频柜上带有隔离刀闸，用于将变频器从高压电源中隔离出来，从而确保变频器检修中的安全。
故障与维护：HIVERT高压变频器具有完善的故障监测和保护功能。故障分轻故障和重故障两类，故障是由报警输出：轻故障时系统可以正常上电、启动和运行；重故障时，系统立即切断变频器高压电源，保存故障信息，并将系统锁存，同时转入工频运行。
总之，无论从经济效益，还是主通风机安全可靠性，具有系统操作简单、运行平稳可靠、可实现连续性，为确保煤矿安全生产值得在类似矿井推广应用。
作者简介
王辉（1964—），男，1988年7月毕业于鹤岗工学院矿山机电专业，大专学历，工程师，现任龙煤股份鹤岗分公司安全监察部机运处监察室主任。
黑龙江省鹤岗市龙煤分公司振兴煤矿机电科辛凤安15846888388。