技術(shù)頻道

      高壓變頻器在山西煤礦提升絞車上的應(yīng)用

      摘 要:本文介紹了高壓變頻器在礦山提升機(jī)上的應(yīng)用情況, 對高壓提升變頻調(diào)速系統(tǒng)改造過程及效果作了論述。

      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。

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