关键词：高压变频器  弱电网  主扇风机  节能

1 用户情况

华冶杜达铅锌矿位于中巴经济走廊南段，巴基斯坦俾路支省南部的Lasbela地区的赛克杜—胡兹达尔铅锌成矿带上，属于硫化物型（PbS+ZnS+FeS2）矿床。该矿建有一座发电厂，发电厂装机容量为六台2000kVA柴油发电机，平时五用一备。现场生产，生活全部用电由发电厂提供，电网容量小，电网波动大，稳定性差。

矿距卡拉奇150公里，距瓜达尔港300公里，是巴基斯坦大型铅锌矿，资源量为1056万吨。项目由MCC与株冶集团、黄沙坪铅锌矿共同开发，ENFI承担全部设计工作，设计规模为处理矿石量66万吨/年，产品为锌精矿、铅精矿、硫精矿。采矿方法为充填法，采用集中抽出式通风系统。主扇风机技术参数如表1所示，电机参数如表2所示。

 
        
 

2 主扇风机采用变频调速的好处

2.1节能明显

矿井通风设计过程中，有时候很难计算管网的阻力，通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选型的依据，但风机的型号和系列是有限的，往往选取不到合适的风机型号时就往上靠，一般裕度大于20%-30%。因此风机运行时，只有靠调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。风机机械特性为平方转矩特性，风机运行时，靠调节风门或者风道挡板的开度来调节风机风量的方法，称为节流调节。在节流调节过程中，风机固有特性不变，仅仅靠关小风门或挡板的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路系统的损失，不利于风机的节能运行。采用变频调速控制装置，通过改变风机的转速，从而改变风机风量以适应生产工艺的需要。风机以调速控制方式运行能耗最省，综合效益最高。交流电机的调速方式有多种，变频调速是高效的最佳调速方案，它可以实现风机的无级调速，并可方便地组成闭环控制系统，实现恒压或恒流量的控制。

图1为所示为主扇风机风压-风量H-风量Q曲线特性图。

图1 主扇风机风压H-风量Q曲线特性图                                                                                                                                                            

N1为风机在额定转速运行时的特性，N2风机降速运行在N2转速时的特性，R1风机管路阻力最小时的阻力特性，R2风机管路阻力增大到某一数值时的阻力特性。

风机在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小风量到Q2实际上通过增加管网管阻，使风机的工作点移到R2上的B点，风压增大到H2，此时风机所需的功率正比H2与Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单，但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。

若采用变频调速，风机转速由N1下降到N2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减小是明显的。

目前该矿处于开采初期，生产量比较小，风量需要量小，风门开度仅仅60%左右，风机余量大，浪费非常严重。采用变频改造后，节能效果应该非常显著。

2.2保障生产正常进行

因该矿供电采用发电机组发电，电网容量小，属于弱电网，任何大的负载启动，会对电网造成冲击，影响电网的稳定，会引起矿上其他设备的欠压保护，影响矿山生产的正常进行，而采用变频器控制主扇风机后，可以对主扇风机软起软停，避免了对电网的冲击，从而保障了生产顺利进行。因此，必须采用变频器对主扇风机进行改造。

该矿领导经过慎重考虑对比，最终选择了新风光电子科技股份有限公司生产的JD-BP37-450F型（450kW/6kW）高压变频器（2台）对主扇风机进行改造，改造达到了预期目的。

3 风光JD-BP37系列高压变频系统技术特点

新风光电子科技股份有限公司是国家高新技术企业，生产的风光牌JD-BP37系列高压变频器荣获“中国名牌”称号，该产品以高速DSP为控制核心，采用无速度传感器矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEEE519-1992的谐波标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。

3.1 JD-BP37-450F高压变频器技术指标

JD-BP37-450F高压变频器技术指标如表3所示。

4变频改造回路

4.1变频改造主回路

该矿主扇风机采用新风光JD-BP37-450F高压变频器2台分别控制主扇风机的一级、二级风机，采用一拖一控制，以其中一级风机控制为例说明如下。

改造主回路如图2所示，旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸，以便在变频器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。

旁路柜主要配置：三个真空接触器（KM1、KM2、KM3）和两个刀闸隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，一级风机变频运行；当KM1、KM2断开，KM3闭合时，一级风机工频运行。另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作；KM2闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。

一级风机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，切记在KM1、KM2分闸状态下，将隔离刀闸K1和K2断开。

合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时，真空接触器KM1、KM2合闸不允许；在KM1、KM2合闸状态下，若变频器出现故障，则“合闸允许”断开，KM1、KM2跳闸，分断变频器高压输入电源。

如变频器发生隐患，变频器发送“变频器报警”信号至DCS，此时变频器继续运行，检修人员可到本地根据变频器报警信号的信息排除隐患。

图2  主扇一级风机旁路柜原理图                                                                                                                                                                      

4.2 控制回路

采用外部模拟信号控制变频器输出频率（变频器作为DCS的执行机构），如果发生模拟信号掉线或短路时，变频器可以提供报警信号，同时保持原有输出频率不变。变频器控制电源可接收交流220V和直流220V输入，并配备有UPS，在控制电源发生故障时可以继续运行，同时提供报警。

高压变频器与DCS系统有完备的各种接口，其控制部分由高速单片机、人机界面和PLC共同构成。单片机实现PWM控制和功率单元的保护。人机界面提供友好的全中文监控界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。与DCS系统之间的信号总共16个，其中DCS系统与高压变频器之间的信号开关量有7个，模拟量有3个，共有10个；DCS系统与旁路柜之间的信号共有6个，均开关量信号。高压变频器与DCS系统接口如表4所示。

5 节能效果

2018年5月初，主扇风机变频改造后，设备一次性投运成功，至今运行正常。主扇风机变频改造后，风机启动时，缓慢加速，运行平稳，主扇风机对工厂电网系统无冲击，风量可任意调节，保障了生产的正常进行，达到了预期目的。

为比较变速调节和工频运行两种状态下，主扇风机的节能效果，于2018年7月11日至7月24日，主扇风机工频、变频分别运行一周时间，对工频、变频状态的电耗进行统计，如表5所示。

变频比工频每小时节电：（110582 .1kW·h -77286.3kW·h）÷7d÷24h=198.2 kW

按每天24h，全年运行300天运行计算，则全年节能计算如下：

主扇风机变频器全年节电量；198.2 kW×7200h=1427040 kW·h

按照现场柴油发电成本约为1元，全年可节省142万元左右，经济效益十分显著。

6 结束语

随着“一带一路”经济带的推进，沿线很多项目现场都采用弱电网（发电机组）供电，发电成本特别高，因此大负载的无扰启停和节能控制成为必须认真研究的一件大事。对矿山高能耗用电设备如主扇风机、卷扬机等采用高压变频器，不仅能降低供电成本，带来显著的直接经济效益，更重要的是保障了设备和弱电网系统的安全可靠性，减少了机组故障。新风光高压变频器性能优异，性价比高，在野外矿山弱电网中有着广阔的推广空间。