高壓變頻器在山西煤礦提升絞車上的應(yīng)用

1 用戶簡介

　　雄山煤炭有限公司是長治市長治縣一家集體企業(yè)，公司下轄二個礦井，是產(chǎn)、供、銷統(tǒng)一管理，人、財、物統(tǒng)一調(diào)配的緊密型經(jīng)濟(jì)實(shí)體，是長治縣重點(diǎn)骨干企業(yè)，是長治縣利稅大戶之一，煤炭年生產(chǎn)能力130余萬噸，2006年利稅超過1.3億元。長治縣雄山煤礦屬于雄山煤炭有限公司礦井之一，位于長治縣西南角，是該縣重點(diǎn)煤炭企業(yè)之一,位于207國道和長晉高速路西,2002年投產(chǎn)。選用的洛陽礦山機(jī)械廠生產(chǎn)的絞車，年產(chǎn)煤量80萬噸，屬于二輕局管轄的國營集體煤礦，屬于縣第三大煤礦。

2 提升絞車改造前設(shè)備情況

　　副井提升絞車選用洛陽礦山機(jī)械廠1984年生產(chǎn)的提升機(jī)。滾筒直徑是2.5米，直井，雙罐籠。主要作為人員及輔料的運(yùn)輸，啟動頻繁，負(fù)載變化范圍大。主要設(shè)備參數(shù)如下：

　　電機(jī)參數(shù) 減速機(jī)參數(shù)

　　型號：JRQ1410——-10 型號：ZHIR—130K

　　轉(zhuǎn)速：590轉(zhuǎn)/分 數(shù)比：30：1

　　功率：200KW 最大輸入轉(zhuǎn)速：750轉(zhuǎn)/分

　　頻率：50Hz 最大輸出扭矩：18000公斤·米

　　定子電壓：6000V 重量：11950公斤

　　轉(zhuǎn)子電壓：511V 編號：84——-044

　　定子電流：27A 生產(chǎn)日期：1984年

　　轉(zhuǎn)子電流：248A 生產(chǎn)廠家：洛陽礦山機(jī)器廠

　　生產(chǎn)廠家：江西電機(jī)廠

　　調(diào)速方式為轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速屬有級調(diào)速，調(diào)速范圍受限，調(diào)速精度低，爬行速度不易控制，尤其是重物下放時，需要動力制動與轉(zhuǎn)子串電阻及制動閘配合操作，司機(jī)不易控制，安全性能差。在減速時和下放重物時，投入動力制動，不僅消耗外加直流電能，而且還將電動機(jī)上的再生電能消耗在轉(zhuǎn)子串接的電阻上，浪費(fèi)了大量的電能，且運(yùn)行維護(hù)量大，維護(hù)費(fèi)用高，司機(jī)操作難度大，勞動強(qiáng)度大。改造提升機(jī)用變頻器是在原提升機(jī)電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用變頻調(diào)速系統(tǒng)替代原工頻調(diào)速系統(tǒng)，同時保留工頻調(diào)速系統(tǒng)，使兩套系統(tǒng)互為備用，增加系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。經(jīng)礦方多方面考察，公開招標(biāo)，山東新風(fēng)光生產(chǎn)的JD-BP37-280T型高壓變頻器提升系統(tǒng)中標(biāo)勝出。

3 新風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻器系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　（1）JD-BP37—280T型高壓提升變頻調(diào)速器采用西門子IGBT為主控器件，采用先進(jìn)的矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)，以DSP單片機(jī)為核心，精心巧妙科學(xué)的程序邏輯，以彩色液晶觸摸屏為人機(jī)對話界面，科學(xué)人性化的界面語言，全中文的語言顯示，便于操作及查詢。高可靠性、易操作、高性能的四象限運(yùn)行的高壓提升機(jī)變頻器，即可用于鼠籠式電機(jī)也可用于繞線式電機(jī)，即可用于新礦井安裝，也可用于老礦井改造。新風(fēng)光高壓提升變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，所用的6KV高壓提升變頻器，變壓器有18組付邊繞組，每相分為6個功率單元，三相共18個單元，采用36脈沖整流，輸入端的諧波成分遠(yuǎn)低于國標(biāo)規(guī)定。高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖1示。功率單元電路結(jié)構(gòu)2示。

圖1 高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 功率單元電路結(jié)構(gòu)

　　高壓提升變頻器是整個電控系統(tǒng)的一個核心部分，它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。它接受操作臺電控系統(tǒng)的操作命令，包括開停機(jī)、正反轉(zhuǎn)、抱閘信號及速度命令，急停命令，安全回路啟動，按照操作命令進(jìn)行，同時它又將運(yùn)行狀態(tài)，包括工作頻率、電機(jī)電流、電源電壓、電流及故障信息隨時送給電控系統(tǒng)。變頻器本身又將工作信號及工作狀態(tài)自動記錄以備查閱，依據(jù)用戶要求連接打印設(shè)備，每班數(shù)據(jù)打印，形成設(shè)備報表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進(jìn)行了隔離，避免對變頻器引入干擾。當(dāng)電機(jī)處于負(fù)力提升時，變頻器實(shí)時檢測進(jìn)行能量回饋電網(wǎng)。

　　（2）操作臺（雙PLC系統(tǒng)和中間繼電器）

　　操作臺上設(shè)有各種工況顯示設(shè)備，以彩色液晶觸摸屏為主要顯示設(shè)備，顯示各外部接點(diǎn)動作狀態(tài)， 各模擬量回路狀態(tài)等，視覺更加直觀，便于維護(hù)保養(yǎng)工作。同時還具有必要的開關(guān)量、模擬量的數(shù)字顯示，可以獨(dú)立提供必要的提升數(shù)據(jù)，其中包括：安全回路指示燈，油壓數(shù)字顯示液壓表，減速、故障聲光報警顯示，高、低壓表,電流表等。控制回路既有觸摸屏軟節(jié)點(diǎn)控制，減少按鈕及繼電器觸點(diǎn)的維護(hù)量，又有繼電器線路硬接點(diǎn)的控制，應(yīng)急備用。雙PLC及雙控制回路的操作臺系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)安全可靠。

4 改造過程

　　經(jīng)礦方依據(jù)生產(chǎn)情況確定設(shè)備改造時間定于2008年9月中旬進(jìn)行。為不大面積影響煤礦生產(chǎn)，把輔料預(yù)先下放到位，間歇性停機(jī)改造。改造順序如下:

　　（1）先把變頻器安裝到位，初步調(diào)試正常。

　　（2）然后進(jìn)行主回路線路改造，主回路改造原理圖如下：

圖3 主回路圖

　　圖3中K1、K2、K3為三臺高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K1、K3與K2采用電磁互鎖操動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁和機(jī)械互鎖。K4為轉(zhuǎn)子側(cè)雙擲開關(guān)，變頻運(yùn)行時，K4切換到變頻側(cè)，繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)雙擲開關(guān)K4后處于短接狀態(tài);工頻運(yùn)行時，K4切換到工頻側(cè)，繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)K4接至原調(diào)速電阻裝置。當(dāng)K1、K3閉合，K2斷開，K4切換到變頻側(cè)，電機(jī)變頻運(yùn)行;當(dāng)K1、K3斷開，K2閉合，K4切換到工頻側(cè)，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。另外，為了保證安全，變頻器高壓連跳信號和上一級的高壓斷路器也實(shí)現(xiàn)互鎖，變頻器高壓連跳串入上一級高壓斷路器的脫扣線圈，變頻器出現(xiàn)故障時，上一級的高壓斷路器斷開，實(shí)現(xiàn)高壓故障連跳功能。

　　（3）再進(jìn)行操作臺的固定安裝，連接操作臺與變頻器之間的連線，調(diào)試操作臺與變頻器的信號傳遞，正常后把變頻器和操作臺聯(lián)入到原操作系統(tǒng)中統(tǒng)調(diào)，帶重載調(diào)試這是改造中的重點(diǎn)部分。整個改造工程流程圖如下：

圖4 改造流程圖

　　（4）高壓變頻調(diào)速提升系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)提升絞車的自動運(yùn)行和手動運(yùn)行兩種方式：

　　①自動運(yùn)行方式

　　正常工作狀態(tài)下，利用變頻器及操作臺內(nèi)PLC豐富的編程控制能力，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)，變頻器完全實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行，極大地提高了提升機(jī)的運(yùn)行效率及運(yùn)行安全，大大降低了司機(jī)操作工的勞動強(qiáng)度。自動運(yùn)行速度圖如下：

圖5 自動運(yùn)行方式

　　圖5中，以正轉(zhuǎn)為例，開機(jī)時低速爬行時間t1、收到減速信號后減速動作時間t2、中速運(yùn)行時間t3、停機(jī)前爬行時間t4根據(jù)現(xiàn)場情況可以自由設(shè)置。提升機(jī)運(yùn)行過程中，除開、停機(jī)外，可以不需要人工干預(yù)。

　　② 手動運(yùn)行方式

　　手動和自動運(yùn)行方式可在操作臺進(jìn)行選擇，特殊負(fù)載運(yùn)行需要的情況下可用手動方式，操作者通過主今控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的爬行、加速、減速、恒速運(yùn)行，但在系統(tǒng)給出減速信號后，為保證整個系統(tǒng)安全，變頻器仍然會啟動機(jī)內(nèi)自動減速程序。

5 現(xiàn)場應(yīng)用情況及運(yùn)行效果

　　雄山煤礦提升機(jī)變頻設(shè)備改造工程調(diào)試一次成功，變頻器已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行近一年時間。使用變頻提升調(diào)速系統(tǒng)后有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）變頻系統(tǒng)無需原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境及勞動強(qiáng)度，使噪音及室溫降低。

　　（2）調(diào)速連續(xù)方便，連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。

　　（3）實(shí)現(xiàn)了低頻低壓的軟起動和軟停止，使運(yùn)行更加平穩(wěn)，機(jī)械沖擊小。

　　（4）啟動及加速過程沖擊電流小，加速過程中最大電流不超過1.3倍的額定電流，提升機(jī)在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑的升至最高速，沒有大電流出現(xiàn)，減小了對電網(wǎng)的沖擊。

　　（5）采用回饋制動技術(shù)，成功解決了位能負(fù)載再生發(fā)電能量處理問題，保證了變頻器的安全運(yùn)行。

　　（6）節(jié)能效果顯著。據(jù)實(shí)測，在低速段節(jié)能明顯，一般可達(dá)到37%以上。

　　鑒于風(fēng)光高壓提升變頻系統(tǒng)改造的良好效果，同期改造的主井提升系統(tǒng)也采用我公司生產(chǎn)的高壓變頻器。