6kV空气压缩机节能改造

兖州矿业（集团）公司济宁三号煤矿通过变频技术对空气压缩机组进行改造，使整个压气管网压力波动范围减小，保持稳定，保证了井下供风量，解决了空气压缩机卸荷浪费电能问题，减小了电气故障率。目前大多数煤炭生产企业的压气系统都普遍存在这一问题，因此推广应用前景十分广阔。

⑴6kV空气压缩机改造的必然性

这个矿6kV高压空气压缩机组制造年代较早，工艺落后，工作效率较低，是矿井的耗能大户。针对现有空气压缩机存在的电机直接起动电流大，影响电网稳定以及其它用电设备运行安全；电动机轴承因大的启动电流而加快自身磨损，使用寿命降低，维护工作量和费用增加；电动机在储气罐中的压力达到设定上限值时空载运行，电能浪费严重；空气压力靠进气阀打开或者关闭来完成，压力控制精度较差，无法实现闭环控制等问题，在保证提供高精度压缩空气的前提下，降低转速是达到空气压缩机经济运行的有效方法。所以研究6kV空气压缩机变频调速节能技术对于矿井节能降耗、高产高效有着重要意义。

⑵6kV空气压缩机节能改造

①主电路。主电路的高压变频电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波，再经逆变器逆变，加上正弦波滤波器，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电动机。功率器件IGBT直接串联的二电平电压型高压变频器是采用变频器已有的成熟技术，应用独特而简单的控制技术成功设计出的一种无输入输出变压器、IGBT直接串联逆变、输出效率达98%高压调速系统。对于需要快速制动的场合，可采用直流放电制动装置。如果需要四象限运行，以及需要能量回馈的场合，或输入电源侧短路容量较小时，也可采用PWM整流电路，使输入电流也真正实现完美正弦波。

②抑制6kV空气压缩机电能浪费的关键技术。根据空气压缩理论，空气压缩机的轴功率、排气量和轴转速符合下列公式：Pr = nMr/9553，Vd1=kVh1n2。式中：Pr-空气压缩机轴功率，kW；Mr-空气压缩机输入的平均轴扭矩，N・m；n-压缩机轴转速，r/min；Vd1-在n2转速下的排气量，m3/min；k-与汽缸容积、温度、压力和泄漏有关的系数，r/min；Vh1-级缸容积，m3；n2-变频调节后的压缩机转速。

根据上述理论分析，在空气压缩机的汽缸容积不能改变的条件下，只有调节空气压缩机的转速能改变排气量；空气压缩机是恒转矩负载，空气压缩机轴功率与转速呈正比变化；在空气压缩机总排气量大于用气量的时候，通过降低压缩机转速调节供气压力，是达到空气压缩机经济运行的有效方法。

根据能耗分析的结果，为达到空气压缩机的经济运行，采用IGBT直接串联高压变频调速技术对济宁三号煤矿原有的空气压缩机联控系统进行改造升级。对空气压缩机进行变频改造，不仅能够使电动机实现软起软停，减小启动冲击，延长设备使用年限；同时由于电动机运行频率可变，实现了空气压缩机根据用气量的大小自动调节电动机转速，减少了电动机频繁的加载和卸载，从而较大幅度减小电动机的运行功率，使得供气系统管网压力维持恒定，达到节能的目的。

变频装置设计为“一拖二”的控制模式，交替控制两台空气压缩机，一台在变频状态下运行时，另一台可同时在工频状态下运行，反之亦然，完全自动地切换，且无需改变原联控系统的任何控制方式和PLC控制程序。这种控制方案最大限度地满足了九台空压机的全面覆盖控制，同时又最大限度地降低了设备投入费用。

③变频改造的具体实施。原工况中的九台空气压缩机循环投入使用。为使投入产出效益最大化，确定采用1台JCS6k-315型空气压缩机专用高压变频装置分别对2台6kV空气压缩机进行“一拖二”变频控制，两台螺杆式空气压缩机安装在同一管网上，在管网上安装一个压力变送器。在安装时，可以保留原空气压缩机的控制柜，将原空气压缩机的控制柜主电路输出接到变频控制柜的相对应空气压缩机电动机的接触器上，将原控制柜的启动、停止按钮线连接到变频装置相对应的位置，实现工频和变频的互锁。操作时只需要对变频控制柜进行操作即可。目标压力设为0.65MPa。由于设备本身具有PID调节功能，能使管网压力保持在0.65MPa，既控制了管网压力的波动，又能满足井下设备的用气量。