浅析矿井通风机智能化运行及节能增效的措施
摘要：浅析矿井通风机存在的问题、节能增效措施、节能增效效果评价。
关键词：通风机改造；自动化；节能
中图分类号：TE08 文献标识码： A
1 引言
矿井通风机在设备选型时，大都采用功率比较大的型号，电机全速运行时存在大马拉小车现象非常普遍，其耗能十分严重。运用节能新技术和相关控制新技术进行改造，在实现安全可靠、高效运行的同时，可以有效降低电耗，降低企业的生产成本。因此，对通风机的节能技术改造，煤矿迫切需要进行。
2 矿井通风机存在的问题
2.1 通风机容量确定
矿井通风机一般按开采各阶段通风强度最高时来考虑选型的，且系数还要留大些。按实际通风参数配备电机功率，公式为：
N=PstQ/1000ηst （KW）
式中：N为所需电机功率，系指Ⅰ、Ⅱ级电机的总功率（kW）；Pst为矿井最困难时期总阻力（Pa）；Q为矿井最困难时期总风量（m3/s）；ηst为实际运行工况效率（按Pst、Q参数查样本得）；K为功率贮备系数（一般取K=1.1～1.15）。
2.2 通风机普遍存在的问题
传统的调节系统，是靠调节风门、叶片角度实现调节风量的，也就是说在某阶段一直实现恒速运行。这种恒转矩运行方式，存在诸多问题。
1）启动困难，机械损伤严重。通风机采用直接启动，时间长，电流大，对电动机绝缘有较大威胁，严重时能烧毁电机。高压电机在启动过程中产生的单轴转矩现象，使风机产生较大的机械振动应力，严重影响到风机系统及其它机械的使用寿命。
2）严重浪费电能。一般通风机设计上余量都较大，在相当长的时间内一直处在较轻负载下运行。而风机一般采用档板调节，这就造成了大量能源的浪费。
3）自动化程度低。靠人工调节档板，根本没有风量的自动实时调节功能，自动化程度非常低。故障状态下（如风流短路等），对矿井正常生产造成严重的影响。所需风量风压在不同阶段是有不同要求的，为满足生产工艺要求，风机就需要进行人工调节：①闸门调节；②改变通风机转速；③改变前导器叶片角度；④轴流式通风机改变动叶安装角；⑤离心式通风机调节尾翼摆角；⑥轴流式通风机改变动叶数目；⑦轴流式通风机改变静叶角度。
阀门调节效率最差，人为地改变阻力曲线，增加风阻，越调节性能就越恶化；前导器调节和尾翼摆角调节效率比阀门调节高；改变动叶安装角和动叶数目，可以改变风机的特性曲线，使风机在较大范围内以较高的效率运行，达到节能降耗的效果；改变通风机转速，使其在最佳工况点运行，最大范围内的高效率运行，其节能效果最好。
3 通风机节能增效措施
3.1 增效设计依据与目的
针对通风机电控系统存在的问题，在满足矿井通风所需通风量及设备使用、操作、运行等规范、规程的要求的前提下，提供完整的自动化控制与驱动的技术及系统，以确保通风机节能增效运行的检测、诊断与控制技术。
3.2 选择节能增效的系统结构
采用先进的自动化控制系统的层级模型（现场设备层、自动化控制层、操作与监视SCADA层、节能增效优化管理层等）及不同层级间的工业通讯与网络技术（设备层数据接口技术、现场总线技术，控制层数据通讯技术、三网合一的数据传输技术），可实现系统的诸多集成：①通风机综合检测与保护系统；②高压配电及综保系统；③高压变频传动系统；④综合自动化控制系统；⑤操作与监视的SCADA系统；⑥工业数据通讯系统（工业以太网、现场总线、ModBUS RTU等）；⑦能源数据采集、分析与节能增效运行的优化与控制系统。
3.3 实现节能增效的主要功能
1）运用高压变频调速改造完成的功能。①提高电机功率因数；②实现电机软启动，减小启动冲击，降低维护费用，延长设备使用寿命，使系统更安全；③具有变频故障转工频功能，运行更可靠；④控制方便、灵活，自动化水平高；⑤输入谐波含量小，不对电网造成污染；⑥界面全为纯中文操作，操作简单，使用方便；⑦全保护功能齐全，除过压、过热、过载、短路等自身保护功能外，还可设置外围连接；⑧锁保护系统，提高了系统的安全稳定性；⑨采集风机运行的工艺参数、电器参数、电气设备运行的状况。
2）运用动态分析技术常态监测风机的运行状态。监测的数据：①监测相关技术参数：静压、动压、全压、风量、电机功率、电机总功率、效率、电机定子绕组温度、电机轴承温度、风机消耗的电量及风机效率等，显示画面实时显示监测到的数据；②实时显示相关曲线图。压力曲线（静压、动压、全压）、风量曲线、工况运行曲线；功率曲线（单级或双级功率及总功率）、静压效率及全压效率曲线；③形成数据记录及状态分析。各种数据及状态的运行记录、历史记录曲线、历史查询报表；对所监测的运行状态参数值进行分析判断，给出风机运行状态“正常”、“警告”、“异常”等提示。多种措施，确保通风机的运行安全。
3）集成运行状态检测与保护，完善安全保护与控制功能。风机由PLC进行控制，按程序进行，并对正常切换和故障切换进行控制和操作指导，且在控制柜实现硬件闭锁控制。在控制站显示通风系统工艺参数表、电气参数、设备运行状态（工作、停止、故障）及报警参数表等。温度保护：对电机绕组、轴承、滚筒等进行温度的检测、报警与保护；风压风量控制：通过对现场风压、风量的采集实现风机负压、风量的闭环控制。
4）运用智能化控制技术，保障安全运行。采用智能化、全数字、先进的自动化控制与传动设备，实现系统单元设备的故障自诊断与记录功能，提高设备故障的排查与维护。通过全集成的通信与自动化网络，把分散、单元设备的智能化诊断信息采集、集中进行整体评估，实现系统级的、故障的快速诊断与解决。
5）综合运用工业通讯与网络技术，实现信息共享。通过系统各个层级采用先进的网络通讯技术，实现综合运行检测信息、电气传动的高压配电综保信息、交流变频调速系统运行信息、过程控制与状态信息等的传输与集成。同时，控制系统可与电话调度系统、工业电视系统相集成，构成一个完整的操作、调度、监视网络，在最大程度上实现生产运行全矿级地遥测、遥控与遥信，满足管控一体化的要求。
6）运用计算机监控系统，实现集中操控与显示。运用灵活的SCADA系统的C/S、B/S等结构，可方便实现全矿级地集中监控与调度要求；对矿井通风机的运行工艺数据进行集中管理、优化及传送；对通风机的集中操控、提高了设备运行的各种工况下的应急反应；全面显示通风机运行全过程、设备运行状态、电气传动状态及自动化过程控制状态，实现全透明化运行；通风机工艺运行过程的各类参数归档，便于运行工艺的优化、设备绩效的评估及历史过程的查询等；满足生产所需的各种统计、管理及报表的输出等资料。
4 节能增效效果评价