高壓變頻器在山西煤礦提升絞車上的應用

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，公司下轄二個礦井，是產、供、銷統一管理，人、財、物統一調配的緊密型經濟實體，是長治縣重點骨干企業，是長治縣利稅大戶之一，煤炭年生產能力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，是該縣重點煤炭企業之一,位于207國道和長晉高速路西,2002年投產。選用的洛陽礦山機械廠生產的絞車，年產煤量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 提升絞車改造前設備情況

　　副井提升絞車選用洛陽礦山機械廠1984年生產的提升機。滾筒直徑是2.5米，直井，雙罐籠。主要作為人員及輔料的運輸，啟動頻繁，負載變化范圍大。主要設備參數如下：

　　電機參數 減速機參數

　　型號：JRQ1410——-10 型號：ZHIR—130K

　　轉速：590轉/分 數比：30：1

　　功率：200KW 最大輸入轉速：750轉/分

　　頻率：50Hz 最大輸出扭矩：18000公斤·米

　　定子電壓：6000V 重量：11950公斤

　　轉子電壓：511V 編號：84——-044

　　定子電流：27A 生產日期：1984年

　　轉子電流：248A 生產廠家：洛陽礦山機器廠

　　生產廠家：江西電機廠

　　調速方式為轉子串電阻調速，電動機轉子串電阻調速系統的調速屬有級調速，調速范圍受限，調速精度低，爬行速度不易控制，尤其是重物下放時，需要動力制動與轉子串電阻及制動閘配合操作，司機不易控制，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，而且還將電動機上的再生電能消耗在轉子串接的電阻上，浪費了大量的電能，且運行維護量大，維護費用高，司機操作難度大，勞動強度大。改造提升機用變頻器是在原提升機電控系統的基礎上，用變頻調速系統替代原工頻調速系統，同時保留工頻調速系統，使兩套系統互為備用，增加系統運行的可靠性。經礦方多方面考察，公開招標，山東新風光生產的JD-BP37-280T型高壓變頻器提升系統中標勝出。

3 新風光高壓提升機變頻器系統的特點

　　（1）JD-BP37—280T型高壓提升變頻調速器采用西門子IGBT為主控器件，采用先進的矢量控制變頻調速技術，以DSP單片機為核心，精心巧妙科學的程序邏輯，以彩色液晶觸摸屏為人機對話界面，科學人性化的界面語言，全中文的語言顯示，便于操作及查詢。高可靠性、易操作、高性能的四象限運行的高壓提升機變頻器，即可用于鼠籠式電機也可用于繞線式電機，即可用于新礦井安裝，也可用于老礦井改造。新風光高壓提升變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，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低于國標規定。高壓提升變頻器系統結構圖如下圖1示。功率單元電路結構2示。

圖1 高壓提升變頻器系統結構圖

圖2 功率單元電路結構

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

　　（2）操作臺（雙PLC系統和中間繼電器）

　　操作臺上設有各種工況顯示設備，以彩色液晶觸摸屏為主要顯示設備，顯示各外部接點動作狀態， 各模擬量回路狀態等，視覺更加直觀，便于維護保養工作。同時還具有必要的開關量、模擬量的數字顯示，可以獨立提供必要的提升數據，其中包括：安全回路指示燈，油壓數字顯示液壓表，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點控制，減少按鈕及繼電器觸點的維護量，又有繼電器線路硬接點的控制，應急備用。雙PLC及雙控制回路的操作臺系統更加經濟安全可靠。

4 改造過程

　　經礦方依據生產情況確定設備改造時間定于2008年9月中旬進行。為不大面積影響煤礦生產，把輔料預先下放到位，間歇性停機改造。改造順序如下:

　　（1）先把變頻器安裝到位，初步調試正常。

　　（2）然后進行主回路線路改造，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，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構，實現電磁和機械互鎖。K4為轉子側雙擲開關，變頻運行時，K4切換到變頻側，繞線電機轉子線圈經雙擲開關K4后處于短接狀態;工頻運行時，K4切換到工頻側，繞線電機轉子線圈經K4接至原調速電阻裝置。當K1、K3閉合，K2斷開，K4切換到變頻側，電機變頻運行;當K1、K3斷開，K2閉合，K4切換到工頻側，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調試。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現互鎖，變頻器高壓連跳串入上一級高壓斷路器的脫扣線圈，變頻器出現故障時，上一級的高壓斷路器斷開，實現高壓故障連跳功能。

　　（3）再進行操作臺的固定安裝，連接操作臺與變頻器之間的連線，調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入到原操作系統中統調，帶重載調試這是改造中的重點部分。整個改造工程流程圖如下：

圖4 改造流程圖

　　（4）高壓變頻調速提升系統可以實現提升絞車的自動運行和手動運行兩種方式：

　　①自動運行方式

　　正常工作狀態下，利用變頻器及操作臺內PLC豐富的編程控制能力，通過設置適當的參數，變頻器完全實現自動化運行，極大地提高了提升機的運行效率及運行安全，大大降低了司機操作工的勞動強度。自動運行速度圖如下：

圖5 自動運行方式

　　圖5中，以正轉為例，開機時低速爬行時間t1、收到減速信號后減速動作時間t2、中速運行時間t3、停機前爬行時間t4根據現場情況可以自由設置。提升機運行過程中，除開、停機外，可以不需要人工干預。

　　② 手動運行方式

　　手動和自動運行方式可在操作臺進行選擇，特殊負載運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轉速，以實現電機的爬行、加速、減速、恒速運行，但在系統給出減速信號后，為保證整個系統安全，變頻器仍然會啟動機內自動減速程序。

5 現場應用情況及運行效果

　　雄山煤礦提升機變頻設備改造工程調試一次成功，變頻器已經平穩運行近一年時間。使用變頻提升調速系統后有以下優點：

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

　　（2）調速連續方便，連續平滑調節。

　　（3）實現了低頻低壓的軟起動和軟停止，使運行更加平穩，機械沖擊小。

　　（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，提升機在重載下從低速平穩無級平滑的升至最高速，沒有大電流出現，減小了對電網的沖擊。

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

　　（6）節能效果顯著。據實測，在低速段節能明顯，一般可達到37%以上。

　　鑒于風光高壓提升變頻系統改造的良好效果，同期改造的主井提升系統也采用我公司生產的高壓變頻器。