정밀 동기화: FGI FD300 VFD가 광산 환기 시스템 업그레이드

초록

주 환기 팬은 종종 지하 광산의 '폐'로 여겨지며, 그 지속적이고 안정적인 작동은 지하 인원의 안전과 직접적으로 연결되어 있습니다.

중국 산둥성의 한 탄광에서는 FGI의 고성능 FD300 벡터 제어 VFD가 주 환기 시스템을 구동하기 위해 배치되었습니다. 이 솔루션은 각 반대 회전 팬에서 두 모터의 속도 동기화를 가능하게 하여, 다양한 채굴 조건에서 동적 환기 조절을 지원합니다. 동시에, 자동 스위칭이 포함된 중복 팬 구성은 시스템 신뢰성을 높이고, 가변 주파수 작동은 에너지 효율을 높이며 운영 및 유지보수를 단순화합니다.

01 | 프로젝트 개요

산둥성의 한 탄광에서는 FBCDZN20-2×90 폭발 방지 반대 회전식 주 환기 팬 두 세트를 운영하고 있습니다. 각 팬에는 90kW와 660V의 정격 모터인 YBF2-315L1-8 방폭 모터 2기가 장착되어 있습니다. 정격 팬 속도는 740rpm이며, 가변 주파수 작동 범위는 30–50 Hz입니다.

환기 시스템은 광산 전체에 걸쳐 안정적인 공기 흐름을 유지하는 역할을 하며, 따라서 광산 전체 안전 인프라의 핵심 부분입니다.

클래스 I 중요 부하로서 주 환기 시스템은 지속적인 작동, 중복 전원 공급 및 장비 고장 시 신속한 스위칭 기능이 필요합니다.

기존 작동 방식에서는 환기 시스템이 댐퍼 스로틀링을 통해 공기 흐름을 조절할 수 있습니다. 이로 인해 상당한 에너지 손실, 모터 시동 시 높은 시동 전류 및 기계적 충격, 그리고 장비 유지보수 요구가 증가할 수 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 프로젝트는 주 환기 팬 구동 시스템에 FGI의 고성능 벡터 제어 VFD를 도입했습니다. 개조 작업으로 두 모터의 동기화된 가변 주파수 제어가 가능해지고, 두 환기 팬 세트 간의 자동 중복 전환 전략이 통합되었습니다.

중대한 고장이 발생하면 대기 팬을 자동으로 시동하여 작동시킬 수 있습니다. 전체 시스템은 광산의 주요 팬 모니터링 플랫폼과 연결되어 원격 모니터링, 고장 경보, 중복 팬 전환을 가능하게 하여 안전하고 신뢰할 수 있는 환기를 유지합니다.
 

현장 장비 기본 매개변수 표

02 | 운영 도전 과제 및 개조 요구사항

높은 안전성 및 신뢰성 요구사항

주 환기 시스템은 장기간의 가동 상태를 견디지 못합니다. 따라서 한 팬은 작동하고 다른 팬은 대기 상태로 하는 중복 구성이 필요합니다. 고장 발생 시 대기 시스템을 신속히 가동하여 끊김 없는 환기를 유지해야 합니다.

두 개의 반대 회전 모터의 동기화 작동

각 팬은 두 개의 모터 구동 단계로 구성되어 있습니다. 두 모터는 임펠러 출력의 균형을 유지하고 과도한 진동, 소음, 기계적 스트레스를 방지하기 위해 동기화된 주파수와 일치하는 속도로 작동해야 합니다.

동적 환기 요구 사항

광산 전역에서 채굴 및 발굴 활동은 지속적으로 변화합니다. 따라서 공기 흐름과 압력은 다양한 작동 조건에 맞게 조절되어야 합니다.

댐퍼 기반 스로틀링과 비교할 때, 가변 주파수 속도 제어는 불필요한 에너지 소비를 줄이면서 더 부드럽고 정밀한 공기 흐름 조절을 제공합니다.

지뢰 모니터링 시스템과의 통합

VFD 시스템은 광산의 주 팬 모니터링 플랫폼과 통신하며 주파수, 전류, 전압, 고장 코드 등 작동 매개변수를 전송해야 합니다.

이를 통해 로컬 및 원격 모니터링이 가능하며, 운영자에게 시스템 상태에 대한 적시적절한 정보를 제공합니다.

열악한 운영 환경

환기실은 상당한 먼지와 온도 변화에 노출됩니다. 따라서 VFD 시스템은 신뢰할 수 있는 먼지 방지, 열 방출, 전자기 간섭 저항성을 제공하여 까다로운 광산 현장 조건에서 안정적인 작동을 보장해야 합니다.

03 | FGI 가변 주파수 구동 시스템 솔루션

이 프로젝트는 4개의 FGI FD300 VFD를 사용하며, 두 개의 주요 환기 팬의 1단 및 2단 방폭 모터를 독립적으로 구동합니다.

이 솔루션의 주요 특징은 다음과 같습니다:

동기화된 듀얼 모터 구동용 듀얼 VFD

두 개의 VFD가 각 반대 회전 팬의 두 모터에 동기화된 주파수 출력을 제공하여 작동 범위 전반에 걸쳐 모터 속도를 유지합니다.

시스템은 팬의 30–50 Hz 가변 주파수 범위를 지원하여, 광산의 환기 요구에 따라 유연하게 공기 흐름을 조절할 수 있습니다.

중복 메인 팬 구성

두 개의 주요 환기 시스템은 전기적·기계적으로 독립적이며, 각 시스템은 광산의 환기 요구사항을 충족하기 위해 최대 부하 상태로 작동할 수 있습니다.

정상적인 조건에서는 한 팬이 작동하고 다른 팬은 대기 상태로 유지됩니다.

작동 중인 팬에 심각한 결함이 발생해 미리 정해진 정지 임계값에 도달하면, 모니터링 시스템은 자동으로 스위칭 시퀀스를 시작합니다. 작동 중인 팬은 중지되고 VFD 출력은 분리되며, 대기 팬은 시작 명령을 받습니다.

대기 팬의 1단 및 2단 VFD가 동시에 목표 주파수로 증가하여 자동으로 작동을 인수합니다.

이 중복 아키텍처는 환기 시스템의 가용성을 크게 향상시키고 주요 주요 팬 장비의 광산 안전 요구사항을 지원합니다.

모니터링 플랫폼과의 원활한 통합

VFD는 출력 주파수, 출력 전류, 출력 전압 및 고장 코드 등 실시간 작동 데이터를 메인 팬 모니터링 시스템으로 전송합니다.

장비 상태는 로컬 터치스크린에 표시할 수 있으며, 비정상적인 작동 조건에서는 자동 경보가 작동하여 운영자가 신속하게 대응할 수 있도록 돕습니다.

까다로운 광산 환경에 맞게 설계되었습니다

VFD 캐비닛은 먼지가 많은 광산 실내 환경에 적응하기 위해 향상된 방진 및 열 방출 기능을 갖추고 있습니다.

과전류, 과전압, 과부하, 과열, 접지 고장 방지 등 포괄적인 보호 기능은 비정상적인 작동 조건에서 구동 시스템을 보호하는 데 도움을 줍니다.

유연한 작동 모드

시스템은 세 가지 작동 모드를 지원합니다:

• 지역 VFD 패널 운영

• 로컬 컨트롤 캐비닛 작동

• 감독 컴퓨터를 통한 원격 제어

이로 인해 다양한 운영 및 유지보수 시나리오에 더 큰 유연성이 제공됩니다.

04 | 현장 공연

가동 이후, 시스템은 실제 광산 현장 조건에서 안정적인 작동을 유지하고 있습니다.

VFD 출력 주파수가 48Hz로 기록된 대표적인 작동 조건이 기록되었습니다. 1단 모터 전류는 130.19A였고, 2단 모터 전류는 141.30A였으며, 출력 전압은 약 372–373V로 유지되었습니다.

이 작동 조건에서 팬은 실제 공기 흐름 51.73 m³/s와 정압 1,000.25 Pa를 달성했습니다.

모터 권선 온도, 베어링 온도, 진동 값 모두 허용된 안전 범위 내에 머물렀습니다.

안전성 및 신뢰성 향상

듀얼 VFD 드라이브 기술과 중복 듀얼 팬 아키텍처의 조합은 지속적인 광산 환기를 위한 신뢰할 수 있는 기반을 제공합니다.

포괄적인 보호 기능과 고장 모니터링을 통해 비정상적인 상태를 신속하게 감지하고 보고할 수 있어 유지보수 인력이 신속하게 대응하고 예상치 못한 가동 중단 위험을 줄일 수 있습니다.

VFD의 소프트 스타트 특성은 직접 온라인 모터 시동과 관련된 높은 시동 전류를 없애어, 그리드에 가해지는 전기 스트레스와 팬 임펠러에 가해지는 기계적 충격을 줄여줍니다.

이로 인해 모터와 환기 장비의 수명이 연장됩니다.

향상된 운행 및 유지보수

운영 데이터는 모니터링 플랫폼으로 전송되어 제어 화면에 표시되어, 수동 계량기 읽기 없이도 시각화된 운영 및 유지보수가 가능합니다.

고장이 발생하면 운영자는 관련 장비와 작동 상태를 신속하게 식별하여 문제 해결 시간을 단축할 수 있습니다.

동시에 부드러운 가변 주파수 제어 덕분에 공기 흐름과 압력을 지속적으로 조절할 수 있어, 다양한 채굴 및 굴착 단계에서 변화하는 요구사항에 신속히 대응할 수 있습니다.
 

일반적인 현장 운영 데이터 표

05 | 프로젝트 요약

지하 광산에서 중요한 안전 시스템으로서, 주 환기 팬은 매우 신뢰성 있고 반응성이 뛰어나며 연속 작동이 가능한 구동 시스템이 필요합니다.

이 산둥성 탄광에서는 FGI의 FD300 VFD가 성공적으로 배치되어 반대 회전식 이중 모터 환기 팬의 동기화 작동 요구사항을 해결했습니다. 이 솔루션은 동기화된 가변 주파수 제어, 중복 팬 스위칭, 종합적인 보호 및 디지털 모니터링을 결합하여 더 안전하고 효율적인 환기를 지원합니다.

이 프로젝트는 첨단 가변 주파수 구동 기술이 광산 운영자들이 운영 안전, 에너지 효율 및 유지보수 효율성을 동시에 향상시키는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 보여줍니다.

앞으로도 FGI는 주요 환기 팬, 호이스트, 펌프 및 기타 보조 시스템을 포함한 주요 광산 장비를 위한 가변 주파수 구동 솔루션을 계속 개발하여 광업 산업이 더 안전하고 효율적이며 지속 가능한 운영을 달성할 수 있도록 지원할 것입니다.