高壓變頻調(diào)速電控系統(tǒng)在主井提升機(jī)上的技術(shù)應(yīng)用

文/李釗

九里山礦位于焦作礦區(qū)東部，太行山南麓，井田面積17.5km2，西距焦作市18km?？刹擅簩訛槎瞪轿鹘M二1煤，目前剩余可采儲量5900余萬噸，剩余服務(wù)年限40年，礦井核定實(shí)際提升能力125萬噸/年。

一、提升概況

九里山礦提升機(jī)型號2JK-3.5/1.7-15.5，主電機(jī)為YR143/39-12-630KW，提升方式為立井箕斗提升，井筒深318m，提升機(jī)使用TKD型電控，提升機(jī)屬于交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速提升機(jī)類型。

串電阻調(diào)速提升機(jī)的電控調(diào)速屬于逐級切除電阻，用主令控制器逐段切除電阻來達(dá)到加速和調(diào)速的目的。調(diào)速屬有級調(diào)速，調(diào)速范圍小，調(diào)速精度低，調(diào)速不平滑，對設(shè)備沖擊大，故障率較高，并且爬行速度不易控制，安全性差。采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的電控系統(tǒng)的制動方式為能耗制動，制動所產(chǎn)生的再生電能全部消耗在電阻上，耗電量較大，運(yùn)行維護(hù)量大，維護(hù)費(fèi)用高。

為保證主井提升安全運(yùn)轉(zhuǎn)，提高主井提升機(jī)安全可靠性，將高壓變頻調(diào)速電控技術(shù)在主井提升機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用，穩(wěn)定運(yùn)行在正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、正傳制動發(fā)電反饋、反轉(zhuǎn)制動發(fā)電反饋四象限，保護(hù)完善，符合《煤礦安全規(guī)程》的要求。該系統(tǒng)成功解決了工頻切電阻電控方式的調(diào)速不平滑、對設(shè)備沖擊大、故障率高、故障查找不易、耗電量較大等問題，保障了主井提升機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

二、主井提升機(jī)變頻調(diào)速電控系統(tǒng)及技術(shù)關(guān)鍵

1.主井提升機(jī)變頻調(diào)速電控系統(tǒng)

九里山礦主井高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主回路開關(guān)元件為IGBT。由于IGBT耐壓有限，無法直接逆變輸入6KV，因?yàn)殚_關(guān)頻率高，勻壓難度大等技術(shù)難題無法完成直接串聯(lián)。九里山礦高壓變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用低壓變頻器的成熟技術(shù)，因此具有很高的可靠性。九里山礦主井提升高壓變頻調(diào)速器采用新型IGBT為主控器件，全數(shù)字化、彩色液晶觸摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能為目標(biāo)，采用先進(jìn)的矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)完成主井提升機(jī)的四象限運(yùn)行，用于繞線式主井提升機(jī)電機(jī)控制。高壓變頻器運(yùn)用正弦波空間矢量方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令，采用6個(gè)低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接6KV高壓輸出；所用的6KV高壓變頻器變壓器用18個(gè)副邊繞組，每組分為6個(gè)功率單元，共18個(gè)單元，采用36脈沖整流，輸入端諧波成分遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

高壓變頻器是整個(gè)電控系統(tǒng)的一個(gè)核心部分，具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。它接受電控系統(tǒng)的操作命令，包括開停機(jī)，正反轉(zhuǎn)等，同時(shí)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(shí)傳送給電控系統(tǒng)。變頻器本身又將工作信息及工作狀態(tài)自動記錄以備查閱。功率單元的所有輸入輸出接口均進(jìn)行隔離，也避免給功率單元引入干擾。功率單元具有有源逆變能量回饋功能，當(dāng)電機(jī)處于制動狀態(tài)，電容器上的直流電壓達(dá)到有源逆變起動的門檻電壓時(shí)，電源自動啟動有源逆變，將電機(jī)及其負(fù)載的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能回饋到電網(wǎng)中。

操作臺（雙PLC系統(tǒng)和中間繼電器）以彩色液晶顯示屏為主要顯示設(shè)備，可以觀察PLC運(yùn)行情況，閘瓦、過卷、松繩、等速段超速等各外部接點(diǎn)動作狀態(tài)，綜合PLC工作狀況可以觀察各模擬量回路狀態(tài)等，更加方便維修工作。同時(shí)還具有必要的開關(guān)量，可以獨(dú)立提供必要的提升狀態(tài)和數(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(bào)警顯示，高低壓表，電流表等。

2.技術(shù)關(guān)鍵

（1）數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)主井提升機(jī)的雙線制運(yùn)行。

（2）變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，主井提升機(jī)由能耗制動變?yōu)橹苿影l(fā)電反饋。

（3）采用矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩、起動力矩大的目的。

（4）充分發(fā)揮PLC的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化及計(jì)算功能，使主井提升機(jī)具有完善的軟硬保護(hù)功能，各主要保護(hù)實(shí)現(xiàn)雙線型。

（5）滿足主井提升機(jī)頻繁啟停要求。

三、九里山礦6KV高壓變頻電控的優(yōu)勢及特點(diǎn)

九里山礦主井提升機(jī)高壓變頻調(diào)速電控系統(tǒng)為該類型產(chǎn)品國內(nèi)首創(chuàng)，在產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量保障措施、系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)方面具有以下優(yōu)勢和特點(diǎn)：

1.主提升機(jī)在四象限運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)參數(shù)優(yōu)于同類產(chǎn)品。

2.控制系統(tǒng)采用220VAC和高壓主電源6KV，雙回路供電，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，操作更簡便。

3.輸入、輸出諧波含量低，輸入功率因數(shù)高，達(dá)到96%。采用容抗電路對奇次諧波進(jìn)行了治理，無需濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償，可直接驅(qū)動普通電機(jī)。

4.更適用于國內(nèi)電網(wǎng)條件，變頻器工作電壓范圍為Un：-20%～+15%，因此，6KV系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行于6900V電壓條件下。

5.限流功能。避免啟動或負(fù)載突然變化時(shí)，因變頻器輸出電流過大而導(dǎo)致保護(hù)動作。

6.操作平臺采用中文顯示觸摸屏系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定，易學(xué)易用。報(bào)警內(nèi)容語言化，方便使用。

7.結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。與國內(nèi)同容量產(chǎn)品相比，柜體寬度僅為1.302m；完善的上位控制功能；可與DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊 （采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊規(guī)約）或I/0方式連接。

8.冷卻風(fēng)機(jī)采用高壓主電源降壓后直接驅(qū)動，風(fēng)機(jī)僅在投運(yùn)高壓后運(yùn)行，避免了冷卻風(fēng)機(jī)啟停時(shí)對控制系統(tǒng)的影響。

9.功率單元模塊化設(shè)計(jì)，可以互換，維護(hù)簡單；二次接線模塊化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場接線簡單，安裝周期短。

四、主井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行情況和結(jié)論

主井提升機(jī)變頻調(diào)速電控系統(tǒng)在九里山礦投入運(yùn)行后，進(jìn)行了過卷、超速、錯(cuò)向、編碼器斷線、過載、欠壓、缺相、閘瓦磨損等保護(hù)試驗(yàn)，結(jié)果各項(xiàng)保護(hù)均能可靠動作，且顯示靈敏正確，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。經(jīng)檢驗(yàn)，主井提升機(jī)高壓變頻調(diào)速電控系統(tǒng)能夠適應(yīng)提升機(jī)頻繁啟動停止的工況要求。

主井提升機(jī)高壓變頻電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。至今設(shè)備運(yùn)行良好、工作可靠，對電機(jī)、減速器及鋼絲繩無沖擊機(jī)械損傷，大大提高了系統(tǒng)的安全性能，減速時(shí)變頻器自動調(diào)速，并根據(jù)提升速度，制動閘自動投入，閘皮和閘盤磨損非常小，節(jié)電效果明顯，通過變頻調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使電機(jī)出力與需求相當(dāng)，不會造成能量浪費(fèi)，節(jié)省能源，降低了能耗及維護(hù)費(fèi)用。

主井提升機(jī)變頻調(diào)速電控系統(tǒng)具有控制性能優(yōu)良、操作簡便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，在調(diào)速范圍、啟動特性、動態(tài)響應(yīng)、調(diào)節(jié)精度、輸出特性、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和操作監(jiān)視等各個(gè)方面，都優(yōu)于其他方式。