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Der Hauptlüftungsventilator wird oft als "Lunge" einer unterirdischen Mine betrachtet, und sein kontinuierlicher und stabiler Betrieb steht in direkter Verbindung mit der Sicherheit des unterirdischen Personals.
In einer Kohlemine in Shandong, China, wurde FGIs leistungsstarke FD300-Vektorsteuerungs-VFD eingesetzt, um das Hauptbelüftungssystem anzutreiben. Die Lösung ermöglicht eine synchronisierte Drehzahlregelung der beiden Motoren in jedem gegenüberdrehenden Lüfter und unterstützt eine dynamische Lüftungsanpassung über verschiedene Bergbaubedingungen. Gleichzeitig erhöht eine redundante Lüfterkonfiguration mit automatischem Schalten die Systemzuverlässigkeit, während der Betrieb mit variabler Frequenz die Energieeffizienz verbessert und Betrieb sowie Wartung vereinfacht.
Eine Kohlemine in Shandong betreibt zwei Sätze von FBCDZN20-2×90 explosionsfesten, gegenüberdrehenden Hauptlüftern. Jeder Ventilator ist mit zwei YBF2-315L1-8 explosionsfesten Motoren ausgestattet, wobei jeder Motor eine Leistung von 90 kW und 660 V hat. Die angegebene Lüfterdrehzahl beträgt 740 U/min, mit einem variablen Betriebsbereich von 30–50 Hz.
Das Belüftungssystem ist dafür verantwortlich, einen zuverlässigen Luftstrom in der gesamten Mine zu gewährleisten und ist daher ein entscheidender Bestandteil der gesamten Sicherheitsinfrastruktur der Mine.
Als kritische Last der Klasse I benötigt das Hauptbelüftungssystem einen kontinuierlichen Betrieb, eine redundante Stromversorgung und eine schnelle Schaltfähigkeit im Falle eines Geräteausfalls.
Bei herkömmlichen Betriebsmethoden können Lüftungssysteme auf Drosselung durch Dämpel angewiesen sein, um den Luftstrom zu regulieren. Dies kann zu erheblichen Energieverlusten, hohem Anfangsstrom und mechanischer Belastung beim Motorstart sowie zu erhöhten Wartungsanforderungen führen.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, setzte das Projekt FGIs FD300 Hochleistungsvektorsteuerungs-VFD für das Hauptlüfterantriebssystem ein. Die Nachrüstung ermöglicht eine synchronisierte Frequenzsteuerung der beiden Motoren und beinhaltet eine automatische redundante Schaltstrategie zwischen den beiden Lüfteranlagen.
Im Falle eines größeren Fehlers kann der Standby-Lüfter automatisch gestartet und in Betrieb genommen werden. Das gesamte System ist außerdem mit der Hauptplattform der Fanüberwachung der Mine verbunden, was eine Fernüberwachung, Fehlermeldungen und redundantes Lüfterschalten ermöglicht, um eine sichere und zuverlässige Belüftung zu gewährleisten.
| Gegenstand | Parameter |
|---|---|
| Ventilatormodell | FBCDZN20-2×90 |
| Motormodell | YBF2-315L1-8 Explosionsfester Motor |
| Einmotorige Leistung | 90 kW |
| Nennspannung | 660V |
| Nenngeschwindigkeit | 740 r/min |
| VFD-Betriebsbereich | 30-50 Hz |
| Luftvolumenbereich | 23–68 m³/s |
| Statischer Druckbereich | 200-2170Pa |
Basisparameter-Tabelle vor Ort
Hohe Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit
Das Hauptbelüftungssystem kann längere Ausfallzeiten nicht vertragen. Daher ist eine redundante Konfiguration erforderlich, wobei ein Lüfter läuft und der andere im Standby ist. Im Fehlerfall muss das Standby-System schnell in Betrieb genommen werden, um eine unterbrechungsfreie Belüftung zu gewährleisten.
Synchronisierter Betrieb von zwei gegenwärtig rotierenden Motoren
Jeder Ventilator besteht aus zwei motorgetriebenen Stufen. Die beiden Motoren müssen mit synchronisierten Frequenzen und abgestimmten Drehzahlen arbeiten, um eine ausgewogene Laufradleistung zu erhalten und übermäßige Vibrationen, Lärm und mechanische Belastungen zu vermeiden.
Anforderungen an die dynamische Belüftung
Bergbau- und Ausgrabungsaktivitäten ändern sich kontinuierlich im gesamten Bergwerk. Luftstrom und Druck müssen daher je nach verschiedenen Betriebsbedingungen angepasst werden.
Im Vergleich zur Dämpfer-basierten Drosselung sorgt die Drehzahlregelung mit variabler Frequenz für eine gleichmäßigere und präzisere Luftstromregelung und reduziert gleichzeitig unnötigen Energieverbrauch.
Integration mit dem Minenüberwachungssystem
Das VFD-System muss mit der Haupt-Fanüberwachungsplattform der Mine kommunizieren und Betriebsparameter wie Frequenz, Strom, Spannung und Fehlercodes übertragen.
Dies ermöglicht sowohl lokale als auch entfernte Überwachung und liefert den Betreibern zeitnahe Informationen zum Systemstatus.
Raues Betriebsumfeld
Der Lüftungsraum ist erheblichen Staub- und Temperaturschwankungen ausgesetzt. Das VFD-System muss daher einen zuverlässigen Staubschutz, Wärmeableitung und elektromagnetische Störungsbeständigkeit bieten, um einen stabilen Betrieb unter anspruchsvollen Bedingungen an der Grube zu gewährleisten.
Das Projekt verwendet vier FGI FD300 VFDs, die unabhängig voneinander die explosionssicheren Motoren der ersten und zweiten Stufe der beiden Hauptlüftungsventilatoren antreiben.
Die wichtigsten Merkmale der Lösung umfassen:
Duale VFDs für synchronisierten Doppelmotorantrieb
Zwei VFDs liefern synchronisierte Frequenzausgabe an die beiden Motoren jedes gegenüberdrehenden Lüfters und halten die Motordrehzahlen im gesamten Betriebsbereich gleich.
Das System unterstützt den variablen Frequenzbereich des Ventilators von 30–50 Hz und ermöglicht so eine flexible Luftstromanpassung entsprechend den Belüftungsanforderungen der Mine.
Redundante Hauptlüfterkonfiguration
Die beiden Hauptbelüftungssysteme sind elektrisch und mechanisch unabhängig, und jedes System kann mit voller Last betrieben werden, um die Belüftungsanforderungen der Mine zu erfüllen.
Unter normalen Bedingungen arbeitet ein Ventilator, während der andere in Bereitschaft bleibt.
Wenn der Betriebsventilator einen größeren Fehler entwickelt und den vordefinierten Abschaltschwellenwert erreicht, startet das Überwachungssystem automatisch die Schaltsequenz. Der betriebene Lüfter wird gestoppt und sein VFD-Ausgang wird abgeschaltet, während der Standby-Lüfter den Startbefehl empfängt.
Die VFDs der ersten und zweiten Stufe des Standby-Ventilators fahren dann gleichzeitig auf die Zielfrequenz hoch und übernehmen automatisch den Betrieb.
Diese redundante Architektur verbessert die Verfügbarkeit der Belüftungssysteme erheblich und unterstützt die Sicherheitsanforderungen der Mine für kritische Hauptventilatoranlagen.
Nahtlose Integration mit der Überwachungsplattform
Die VFDs übertragen Echtzeitbetriebsdaten – einschließlich Ausgangsfrequenz, Ausgangsstrom, Ausgangsspannung und Fehlercodes – an das Hauptlüfterüberwachungssystem.
Der Gerätestatus kann auf dem lokalen Touchscreen angezeigt werden, während abnormale Betriebsbedingungen automatische Alarme auslösen, um den Bedienern beim schnellen Reagieren zu helfen.
Entwickelt für anspruchsvolle Minenumgebungen
Die VFD-Kabinen verfügen über verbesserten Staubschutz und Wärmeableitung, um staubige Minenräume zu ermöglichen.
Umfassende Schutzfunktionen – einschließlich Überstrom, Überspannung, Überlastung, Übertemperatur- und Fehlerschutzanordnung – helfen, das Antriebssystem unter ungewöhnlichen Betriebsbedingungen zu schützen.
Flexible Betriebsmodi
Das System unterstützt drei Betriebsmodi:
Lokaler VFD-Panelbetrieb
Betrieb des lokalen Kontrollkabinetts
Fernsteuerung über den Überwachungscomputer
Dies bietet größere Flexibilität für verschiedene Betriebs- und Wartungsszenarien.
Nach der Inbetriebnahme hat das System einen stabilen Betrieb unter tatsächlichen Bedingungen an der Minenstelle aufrechterhalten.
Ein repräsentativer Betriebszustand wurde mit der VFD-Ausgangsfrequenz bei 48 Hz aufgezeichnet. Der Motorstrom der ersten Stufe betrug 130,19 A, während der Strom des zweiten Stufenmotors 141,30 A betrug, wobei die Ausgangsspannung bei etwa 372–373 V gehalten wurde.
Unter diesem Betriebszustand erreichte der Ventilator einen tatsächlichen Luftstrom von 51,73 m³/s und einen statischen Druck von 1.000,25 Pa.
Motorwicklungstemperatur, Lagertemperatur und Schwingungswerte blieben alle im zulässigen Sicherheitsbereich.
Erhöhte Sicherheit und Zuverlässigkeit
Die Kombination aus Dual-VFD-Antriebstechnologie und einer redundanten Dual-Fan-Architektur bietet eine verlässliche Grundlage für kontinuierliche Minenbelüftung.
Umfassende Schutzfunktionen und Fehlerüberwachung ermöglichen es, abnormale Bedingungen schnell zu erkennen und zu melden, sodass das Wartungspersonal schnell reagieren und das Risiko unerwarteter Ausfallzeiten reduziert wird.
Die Softstart-Eigenschaften des VFD beseitigen zudem den hohen Startstrom, der mit dem Direktstart des Motors verbunden ist, wodurch die elektrische Belastung des Netzes und die mechanische Beeinflussung des Lüfterlaufrads reduziert wird.
Dies hilft, die Lebensdauer sowohl der Motoren als auch der Lüftungsanlagen zu verlängern.
Verbesserter Betrieb und Wartung
Betriebsdaten werden an die Überwachungsplattform übermittelt und auf dem Kontrollbildschirm angezeigt, wodurch sichtbare Bedienung und Wartung ohne manuelles Messgerät möglich sind.
Wenn ein Fehler auftritt, können Bediener schnell die relevante Ausrüstung und den Betriebszustand identifizieren, was die Fehlersuchzeit verkürzt.
Gleichzeitig ermöglicht eine sanfte Frequenzregelung eine kontinuierliche Anpassung von Luftstrom und Druck, sodass das Lüftungssystem schnell auf sich ändernde Anforderungen in verschiedenen Bergbau- und Ausgrabungsphasen reagieren kann.
| Überwachungsobjekt | Hauptmotor | Sekundärmotor |
|---|---|---|
| Betriebsfrequenz | 48,00 Hz | 48,00 Hz |
| Betriebsstrom | 130,19A | 141,30A |
| Ausgangsspannung | 372,00V | 373,00V |
| Motorwicklungstemperatur | 92–93°C | 97–99°C |
| Horizontale Schwingung | 0,30 mm/s | 0,35 mm/s |
| Lüfter-Echtzeit-Luftvolumen | 51,73 m³/s | |
| Ventilator-Statischer Druck | 1000,25Pa |
Tabelle typischer Betriebsdaten vor Ort
Als kritisches Sicherheitssystem im Untertagebau benötigt der Hauptlüfter ein Antriebssystem, das hochzuverlässig, reaktionsschnell und kontinuierlich betrieben werden kann.
In dieser Kohlemine in Shandong wurde FGIs FD300 VFD erfolgreich eingesetzt, um die Anforderungen an synchronisierten Betrieb von gegenwärts rotierenden Doppelmotorlüftern zu erfüllen. Die Lösung kombiniert synchronisierte Frequenzsteuerung, redundante Lüfterschaltung, umfassenden Schutz und digitale Überwachung, um eine sicherere und effizientere Belüftung zu gewährleisten.
Das Projekt zeigt, wie fortschrittliche variable Frequenzantriebstechnologie Bergbaubetreibern helfen kann, gleichzeitig Betriebssicherheit, Energieeffizienz und Wartungseffizienz zu verbessern.
Zukünftig wird FGI weiterhin Frequenzantriebslösungen für kritische Bergbauausrüstung entwickeln – darunter Hauptlüfter, Heber, Pumpen und andere Hilfssysteme – und so die Bergbauindustrie dabei unterstützen, sicherere, effizientere und nachhaltigere Abläufe zu erreichen.
