.jpg?imageView2/1/format/webp)
Quạt thông gió chính thường được coi là "phổi" của mỏ ngầm, và hoạt động liên tục, ổn định của nó liên quan trực tiếp đến sự an toàn của nhân viên dưới lòng đất.
Tại một mỏ than ở Sơn Đông, Trung Quốc, hệ thống VFD điều khiển vector hiệu suất cao FD300 của FGI đã được triển khai để vận hành hệ thống thông gió chính. Giải pháp cho phép điều khiển tốc độ đồng bộ hai động cơ trong mỗi quạt quay ngược chiều, hỗ trợ điều chỉnh thông gió động trong các điều kiện khai thác khác nhau. Đồng thời, cấu hình quạt dự phòng với chuyển mạch tự động nâng cao độ tin cậy của hệ thống, trong khi vận hành biến tần nâng cao hiệu quả năng lượng và đơn giản hóa vận hành cũng như bảo trì.
Một mỏ than ở Sơn Đông vận hành hai bộ quạt thông gió chính chống cháy nổ FBCDZN20-2×90. Mỗi quạt được trang bị hai động cơ chống nổ YBF2-315L1-8, mỗi động cơ có công suất 90 kW và 660 V. Tốc độ quạt định mức là 740 vòng/phút, với dải tần số biến thiên từ 30–50 Hz.
Hệ thống thông gió chịu trách nhiệm duy trì luồng không khí ổn định khắp mỏ, do đó là một phần quan trọng trong hạ tầng an toàn tổng thể của mỏ.
Là một tải trọng tới hạn loại I, hệ thống thông gió chính đòi hỏi hoạt động liên tục, nguồn điện dự phòng và khả năng chuyển mạch nhanh trong trường hợp thiết bị hỏng.
Theo các phương pháp vận hành truyền thống, hệ thống thông gió có thể dựa vào việc điều chỉnh van điều chỉnh lưu lượng không khí. Điều này có thể dẫn đến tổn thất năng lượng đáng kể, dòng điện khởi động cao và tác động cơ học khi khởi động động cơ, cũng như tăng yêu cầu bảo trì thiết bị.
Để giải quyết những thách thức này, dự án đã áp dụng hệ thống điều khiển vector hiệu suất cao FD300 của FGI cho hệ thống quạt thông gió chính. Việc nâng cấp này cho phép điều khiển đồng bộ hai động cơ với tần số biến thiên và tích hợp chiến lược chuyển đổi tự động dự phòng giữa hai bộ quạt thông gió.
Trong trường hợp xảy ra sự cố nghiêm trọng, quạt dự phòng có thể tự động khởi động và đưa vào hoạt động. Toàn bộ hệ thống cũng được kết nối với nền tảng giám sát quạt chính của mỏ, cho phép giám sát từ xa, cảnh báo sự cố và chuyển mạch quạt dự phòng để duy trì thông gió an toàn và đáng tin cậy.
| Mục | Các thông số |
|---|---|
| Mẫu quạt | FBCDZN20-2×90 |
| Mô hình động cơ | Động cơ chống nổ YBF2-315L1-8 |
| Công suất động cơ đơn | 90kW |
| Điện áp định mức | 660V |
| Tốc độ định mức | 740 vòng/phút |
| Phạm vi hoạt động của VFD | 30-50Hz |
| Phạm vi thể tích không khí | 23-68m³/s |
| Dải áp suất tĩnh | 200-2170Pa |
Bảng thông số cơ bản thiết bị tại chỗ
Yêu cầu An toàn và Độ tin cậy Cao
Hệ thống thông gió chính không thể chịu được thời gian ngừng hoạt động kéo dài. Do đó, cần một cấu hình dự phòng, với một quạt hoạt động và quạt còn lại ở trạng thái chờ. Trong trường hợp xảy ra sự cố, hệ thống dự phòng phải được đưa vào hoạt động nhanh chóng để duy trì thông gió liên tục.
Hoạt động đồng bộ của hai động cơ quay ngược chiều
Mỗi quạt gồm hai tầng điều khiển bằng động cơ. Hai động cơ phải hoạt động ở tần số đồng bộ và tốc độ phù hợp để duy trì công suất cánh quạt cân bằng và tránh rung động, tiếng ồn và ứng suất cơ học quá mức.
Yêu cầu thông gió động
Hoạt động khai thác mỏ và đào bới liên tục thay đổi trong toàn bộ mỏ. Do đó, lưu lượng không khí và áp suất cần được điều chỉnh theo các điều kiện vận hành khác nhau.
So với điều chỉnh công suất dựa trên bộ giảm chấn, điều khiển tốc độ biến tần cung cấp điều chỉnh luồng khí mượt mà và chính xác hơn, đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng không cần thiết.
Tích hợp với Hệ thống Giám sát Mỏ
Hệ thống VFD cần giao tiếp với nền tảng giám sát quạt chính của mỏ và truyền các thông số vận hành như tần số, dòng điện, điện áp và mã lỗi.
Điều này cho phép giám sát cả cục bộ và từ xa, đồng thời cung cấp cho các nhà vận hành thông tin kịp thời về trạng thái hệ thống.
Môi trường vận hành khắc nghiệt
Phòng thông gió chịu sự biến động đáng kể của bụi và nhiệt độ. Do đó, hệ thống VFD cần cung cấp khả năng bảo vệ bụi, tản nhiệt và chống nhiễu điện từ một cách đáng tin cậy để đảm bảo hoạt động ổn định trong điều kiện khai thác mỏ khắc nghiệt.
Dự án sử dụng bốn động cơ FGI FD300 VFD, độc lập điều khiển động cơ chống nổ tầng một và tầng hai của hai quạt thông gió chính.
Các tính năng chính của giải pháp bao gồm:
VFD kép cho truyền động động cơ kép đồng bộ
Hai VFD cung cấp đầu ra tần số đồng bộ cho hai động cơ của mỗi quạt quay ngược chiều, duy trì tốc độ động cơ đồng đều trong suốt phạm vi hoạt động.
Hệ thống hỗ trợ dải tần số biến thiên 30–50 Hz của quạt, cho phép điều chỉnh luồng không khí linh hoạt theo yêu cầu thông gió của mỏ.
Cấu hình quạt chính dự phòng
Hai hệ thống thông gió chính này độc lập về điện và cơ khí, và mỗi hệ thống đều có khả năng hoạt động ở tải tối đa để đáp ứng yêu cầu thông gió của mỏ.
Trong điều kiện bình thường, một quạt hoạt động trong khi quạt còn lại ở chế độ chờ.
Nếu quạt hoạt động phát triển sự cố nghiêm trọng và đạt ngưỡng tắt đã định trước, hệ thống giám sát sẽ tự động khởi động chuỗi chuyển mạch. Quạt hoạt động bị dừng và đầu ra VFD bị ngắt kết nối, trong khi quạt dự phòng nhận lệnh khởi động.
Các VFD tầng một và hai của quạt dự phòng sau đó đồng thời tăng lên tần số mục tiêu và tự động đảm nhận hoạt động.
Kiến trúc dự phòng này cải thiện đáng kể khả năng hoạt động của hệ thống thông gió và đáp ứng các yêu cầu an toàn của mỏ đối với thiết bị quạt chính quan trọng.
Tích hợp liền mạch với Nền tảng Giám sát
Các VFD truyền dữ liệu vận hành thời gian thực—bao gồm tần số đầu ra, dòng điện đầu ra, điện áp đầu ra và mã lỗi—đến hệ thống giám sát quạt chính.
Trạng thái thiết bị có thể hiển thị trên màn hình cảm ứng cục bộ, trong khi các điều kiện vận hành bất thường sẽ kích hoạt cảnh báo tự động giúp người vận hành phản ứng nhanh chóng.
Thiết kế cho môi trường mỏ đòi hỏi khắt khe
Các tủ VFD có khả năng bảo vệ bụi và tản nhiệt được nâng cao để thích ứng với môi trường hầm mỏ đầy bụi.
Các chức năng bảo vệ toàn diện—bao gồm quá dòng, quá áp, quá tải, quá nhiệt và bảo vệ sự cố nối đất—giúp bảo vệ hệ thống truyền động trong điều kiện vận hành bất thường.
Chế độ vận hành linh hoạt
Hệ thống hỗ trợ ba chế độ hoạt động:
Vận hành bảng VFD cục bộ
Vận hành tủ điều khiển cục bộ
Điều khiển từ xa qua máy tính giám sát
Điều này mang lại sự linh hoạt lớn hơn cho các kịch bản vận hành và bảo trì khác nhau.
Sau khi vận hành, hệ thống đã duy trì hoạt động ổn định trong điều kiện thực tế của khu mỏ.
Một điều kiện hoạt động đại diện được ghi nhận với tần số đầu ra VFD ở 48 Hz. Dòng điện động cơ tầng một là 130,19 A, trong khi dòng điện động cơ tầng hai là 141,30 A, với điện áp đầu ra duy trì khoảng 372–373 V.
Trong điều kiện hoạt động này, quạt đạt lưu lượng không khí thực tế 51,73 m³/s và áp suất tĩnh 1.000,25 Pa.
Nhiệt độ cuộn dây động cơ, nhiệt độ vòng bi và giá trị rung động đều nằm trong phạm vi an toàn cho phép.
Tăng cường an toàn và độ tin cậy
Sự kết hợp giữa công nghệ truyền động hai VFD và kiến trúc quạt đôi dự phòng cung cấp nền tảng đáng tin cậy cho thông gió liên tục trong mỏ.
Các chức năng bảo vệ toàn diện và giám sát lỗi giúp phát hiện và báo cáo kịp thời các điều kiện bất thường, giúp nhân viên bảo trì phản ứng nhanh chóng và giảm nguy cơ ngừng hoạt động bất ngờ.
Đặc tính khởi động mềm của VFD cũng loại bỏ dòng điện khởi động cao liên quan đến khởi động động cơ trực tiếp, giảm áp lực điện lên lưới và tác động cơ học lên cánh quạt.
Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của cả động cơ và thiết bị thông gió.
Cải thiện vận hành & bảo trì
Dữ liệu vận hành được truyền đến nền tảng giám sát và hiển thị trên màn hình điều khiển, cho phép vận hành và bảo trì trực quan mà không cần đọc đồng hồ thủ công.
Khi xảy ra sự cố, nhân viên vận hành có thể nhanh chóng xác định thiết bị và tình trạng vận hành liên quan, giúp rút ngắn thời gian khắc phục sự cố.
Đồng thời, điều khiển biến tần mượt mà cho phép điều chỉnh liên tục luồng khí và áp suất, giúp hệ thống thông gió phản ứng nhanh với các yêu cầu thay đổi ở các giai đoạn khai thác và đào khác nhau.
| Mục giám sát | động cơ sơ cấp | động cơ phụ |
|---|---|---|
| Tần số hoạt động | 48.00Hz | 48.00Hz |
| dòng điện hoạt động | 130.19A | 141.30A |
| Điện áp đầu ra | 372.00V | 373.00V |
| Nhiệt độ cuộn dây động cơ | 92-93°C | 97-99°C |
| rung ngang | 0.30mm/s | 0.35mm/s |
| Lưu lượng không khí thời gian thực của quạt | 51,73m³/s | |
| Áp suất tĩnh của quạt | 1000,25Pa |
Bảng dữ liệu vận hành điển hình tại chỗ
Là một hệ thống an toàn quan trọng trong khai thác mỏ dưới lòng đất, quạt thông gió chính đòi hỏi một hệ thống truyền động có độ tin cậy cao, phản hồi nhanh và có khả năng vận hành liên tục.
Tại mỏ than ở Sơn Đông này, hệ thống FD300 VFD của FGI đã được triển khai thành công để đáp ứng các yêu cầu vận hành đồng bộ của quạt thông gió hai động cơ quay ngược chiều. Giải pháp kết hợp điều khiển tần số biến đổi đồng bộ, chuyển mạch quạt dự phòng, bảo vệ toàn diện và giám sát kỹ thuật số để hỗ trợ thông gió an toàn và hiệu quả hơn.
Dự án chứng minh cách công nghệ truyền động tần số biến thiên tiên tiến có thể giúp các nhà khai thác mỏ đồng thời nâng cao an toàn vận hành, hiệu quả năng lượng và hiệu quả bảo trì.
Trong thời gian tới, FGI sẽ tiếp tục phát triển các giải pháp truyền động tần số biến thiên cho thiết bị khai thác quan trọng—bao gồm quạt thông gió chính, tời, bơm và các hệ thống phụ trợ khác—hỗ trợ ngành khai thác đạt được hoạt động an toàn hơn, hiệu quả hơn và bền vững hơn.
