精密同期:FGI FD300 VFDが地雷換気システムをアップグレード

概要

主換気ファンはしばしば地下鉱山の「肺」と見なされ、その連続的かつ安定した稼働は地下の人員の安全に直接結びついています。

中国山東省の炭鉱では、FGIの高性能FD300ベクトル制御変頻装置が主換気システムを駆動するために導入されました。このソリューションにより、各逆回転ファンの2つのモーターの同期速度制御が可能となり、異なる採掘条件下での動的換気調整をサポートします。同時に、自動スイッチング付きの冗長ファン構成はシステムの信頼性を高め、可変周波数運転はエネルギー効率を向上させ、運転と保守を簡素化します。

01 |プロジェクト概要

山東の炭鉱では、2組のFBCDZN20-2×90耐爆反回転主換気ファンが稼働しています。各ファンには2基のYBF2-315L1-8耐爆モーターが搭載されており、それぞれ90kWと660Vの定格があります。定格ファン回転数は740rpmで、可変周波数の動作範囲は30〜50Hzです。

換気システムは鉱山全体の安定した空気の流れを維持する役割を担い、鉱山全体の安全インフラの重要な一部です。

クラスIの重要負荷として、メイン換気システムは連続運転、冗長電源供給、機器故障時の迅速なスイッチング能力を必要とします。

従来の運用方法では、換気システムはダンパースロットリングを利用して気流を調整することがあります。これにより、モーター起動時のエネルギー損失、高い起動電流や機械的衝撃、さらには機器の保守要件の増加が生じる可能性があります。

これらの課題に対応するため、プロジェクトはFGIの高性能ベクトル制御VFDをメイン換気ファン駆動システムに採用しました。この改造により、2つのモーターの同期可変周波数制御が可能になり、2つの換気ファンセット間で自動冗長スイッチング戦略が組み込まれています。

重大な故障が発生した場合、スタンバイファンは自動的に始動し、作動させることができます。システム全体は鉱山のメインファン監視プラットフォームにも接続されており、リモート監視、故障警報、冗長ファンスイッチングが可能で、安全で信頼性の高い換気を維持しています。
 

現地機器基本パラメータ表

02 |運用上の課題と改修要件

高い安全性と信頼性要件

メインの換気システムは長時間のダウンタイムに耐えられません。したがって、一方のファンが稼働しもう一方が待機状態の冗長な構成が必要です。故障が発生した場合、換気の途切れない維持のために待機システムを迅速に稼働させる必要があります。

2基の逆回転モーターの同期運転

各ファンは2段のモーター駆動段で構成されています。2つのモーターは、インペラー出力のバランスを維持し、過度な振動、騒音、機械的ストレスを防ぐために、同期した周波数と一致した速度で動作しなければなりません。

動的換気要件

鉱山内での採掘活動は絶えず変化しています。したがって、異なる運転条件に応じて空気の流れと圧力を調整する必要があります。

ダンパーベースのスロットリングと比較して、可変周波数速度制御により、より滑らかで正確な気流調整が可能であり、不要なエネルギー消費も削減されます。

地雷監視システムとの統合

VFDシステムは鉱山のメインファン監視プラットフォームと通信し、周波数、電流、電圧、故障コードなどの運転パラメータを送信する必要があります。

これにより、ローカルおよびリモートの両方の監視が可能になり、オペレーターにシステム状態のタイムリーな情報を提供します。

過酷な作業環境

換気室は大きなほこりや温度変動にさらされます。したがって、VFDシステムは信頼性の高い防塵、熱放散、電磁干渉耐性を提供し、厳しい鉱山環境下での安定した運用を確保する必要があります。

03 |FGI可変周波数駆動システムソリューション

このプロジェクトでは、4基のFGI FD300 VFDが使用され、2つの主換気ファンの第1段および第2段防爆モーターを独立して駆動します。

このソリューションの主な特徴は以下の通りです:

同期デュアルモーター駆動用のデュアルVFD

2台のVFDが、逆回転ファンの2つのモーターに同期された周波数出力を提供し、動作範囲全体でモーターの速度を一致させます。

システムはファンの30〜50Hz可変周波数帯をサポートし、地雷の換気条件に応じた柔軟な気流調整が可能です。

冗長メインファン構成

2つの主要な換気システムは電気的および機械的に独立しており、それぞれが鉱山の換気要件を満たすためにフル負荷で運転可能です。

通常は、一方のファンが稼働し、もう一方は待機状態のままです。

動作ファンに重大な故障が発生し、あらかじめ定められたシャットダウン閾値に達すると、監視システムは自動的にスイッチングシーケンスを開始します。作動中のファンは停止し、VFD出力は切断され、スタンバイファンは起動コマンドを受け取ります。

スタンバイファンの第1段と第2段VFDが同時に目標周波数まで上昇し、自動的に動作を引き継ぎます。

この冗長なアーキテクチャにより換気システムの利用可能性が大幅に向上し、重要なメインファン装置の安全要件を支えます。

モニタリングプラットフォームとのシームレスな統合

VFDは出力周波数、出力電流、出力電圧、故障コードなどのリアルタイム動作データをメインファン監視システムに送信します。

機器の状態はローカルのタッチスクリーンに表示でき、異常な運転状況ではオペレーターが迅速に対応できるよう自動アラームが作動します。

過酷な鉱山環境向けに設計

VFDキャビネットは、埃っぽい鉱山室環境に対応するため、強化された防塵性と熱放散機能を備えています。

過電流、過電圧、過負荷、過熱、接地故障保護などの包括的な保護機能が、異常な運転条件下での駆動システムの保護を支援します。

柔軟な動作モード

システムは3つの動作モードをサポートしています:

• ローカルVFDパネル運用

• ローカルコントロールキャビネットの運用

• 監督コンピューターによるリモートコントロール

これにより、さまざまな運用および保守シナリオに対してより柔軟性が高まります。

04 |現地での演奏

稼働開始後、システムは実際の鉱山現場条件下で安定した運用を維持しています。

VFD出力周波数が48Hzで代表的な動作条件が記録されました。第1段のモーター電流は130.19A、第2段のモーター電流は141.30Aで、出力電圧は約372〜373Vで維持されました。

この動作条件下で、ファンの実際の気流は51.73 m³/s、静圧は1,000.25 Paに達しました。

モーター巻線温度、ベアリング温度、振動値はすべて許可された安全範囲内に収まっていました。

安全性と信頼性の向上

デュアルVFD駆動技術と冗長なデュアルファンアーキテクチャの組み合わせにより、鉱山の連続換気に信頼性の高い基盤が提供されています。

包括的な保護機能と故障監視により、異常な状態を迅速に検出・報告できるため、保守担当者は迅速に対応でき、予期せぬダウンタイムのリスクを低減します。

VFDのソフトスタート特性は、直線モーター始動に伴う高電流を排除し、グリッドへの電気的負荷やファンインペラーへの機械的衝撃を軽減します。

これにより、モーターと換気機器の両方の耐用年数が延びます。

運用と保守の改善

運転データは監視プラットフォームに送信され、制御画面に表示されるため、手動のメーター読み取りなしで可視化された運転と保守が可能になります。

故障が発生した場合、オペレーターは関連する機器や動作状態を迅速に特定でき、トラブルシューティングの時間を短縮できます。

同時に、滑らかな可変周波数制御により、空気の流れと圧力を継続的に調整でき、換気システムは採掘および掘削の異なる段階で変化する要件に迅速に対応できます。
 

典型的な現地運用データの表

05 |プロジェクト概要

地下採掘における重要な安全システムとして、主換気ファンは信頼性が高く、応答性が高く、連続運転可能な駆動システムを必要とします。

この山東炭鉱では、FGIのFD300 VFDが、逆回転式デュアルモーター換気ファンの同期運転要件に対応するために成功裏に導入されました。このソリューションは、同期可変周波数制御、冗長ファンスイッチング、包括的な保護、デジタル監視を組み合わせ、より安全で効率的な換気をサポートします。

このプロジェクトは、先進的な可変周波数駆動技術が鉱山運営者が同時に運用安全性、エネルギー効率、保守効率を向上させるのに役立つことを示しています。

今後もFGIは、メイン換気ファン、ホイスト、ポンプ、その他の補助システムを含む重要な鉱山機器向けの可変周波数駆動ソリューションの開発を継続し、鉱業業界がより安全で効率的かつ持続可能な操業を実現できるよう支援します。