高壓電動機轉(zhuǎn)子變頻電控系統(tǒng)改造與應用

馮志明 賈春麗

摘 要:論證了新型的變頻控制技術—— 高壓電動機轉(zhuǎn)子變頻控制在煤礦提升絞車上的應用,并對控制系統(tǒng)改造方法進行了介紹,對改造效果做了對比。

關鍵詞:高壓電機轉(zhuǎn)子變頻電控系統(tǒng)改造

中圖分類號:TD633 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0122-01

1系統(tǒng)概況與改造方案

1.1 系統(tǒng)概況

山東良莊礦業(yè)有限公司1#副井絞車擔負礦井人員上下井提升任務。提升長度1028m、軌道坡度21°。雙鉤提升,每鉤掛XRCl5-6/6斜井人行車4輛。該絞車型號為2JK3×1.5A-20。為洛陽礦山機器廠生產(chǎn)。配沈陽市電機廠生產(chǎn)的JRQISIO-12型高壓繞線電動機。電動機功率為280kW,定子額定電壓6kV、額定電流38A,轉(zhuǎn)子額定電壓480V、額定電流355A。

1.2 改造原因與方案確定

該絞車電控為老式的KKX型,于1975年投入使用。6kV高壓電動機電氣控制采用轉(zhuǎn)子串八級電阻的調(diào)速方式,調(diào)速性能較差,電能浪費大,加上設備老化,故障率高、維修量大,必須進行改造。變頻控制技術,調(diào)速效果好、節(jié)能效果顯著,實踐證明優(yōu)于轉(zhuǎn)子串電阻、轉(zhuǎn)子串級調(diào)速、高壓軟啟動等控制方式,現(xiàn)在被廣泛采用。通常變頻調(diào)速控制都是針對定子回路的。而高壓電動機定子電壓一般都在6kV或者10kV,采用6kV或者10kV的高壓變頻器,需要解決元件耐壓問題、矢量控制問題,技術難度大、可靠性低、價格昂貴。經(jīng)過考查論證。確定采用一種新型的變頻控制技術—— 壓繞線電機轉(zhuǎn)子變頻技術。它將高壓電機定子側(cè)短封。使用通用性低壓矢量控制變頻器。對電機轉(zhuǎn)子送電,來實現(xiàn)高壓電機的變頻控制。該控制系統(tǒng)采用專利技術生產(chǎn)的TKD-ZBP-PLC轉(zhuǎn)子變頻凋速電控系統(tǒng),同時保留原系統(tǒng)的高壓換向及轉(zhuǎn)子電阻切換系統(tǒng)作為備用,二者可以隨時轉(zhuǎn)換。改造后轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)實現(xiàn)半自動運行:司機在絞車啟動時一次推出主令手柄和閘制動手柄,絞車自動加速、減速、爬行、停車。司機只需在停車定位時,進行施閘定位和主令換向的操作,而在提升行程中只需要監(jiān)控。

2改造過程

2.1 施工前準備工作

(1)提前派技術人員去廠家培訓,參與設備的調(diào)試與驗收．熟悉電氣控制的原理。

(2)到貨后礦方與廠家根據(jù)發(fā)貨清單驗貨,確保改造設備齊全完好,主要部件有操作臺、PLC柜、TKD-F200輔助電源柜、TKD-F600變頻電源柜、TKD-ZL整流柜、TKD-NB逆變柜、KYGC-Z630A/6kV高壓真空開關柜、高壓轉(zhuǎn)換柜、6000／480變壓器(包括散件、備件)、控制線等。

2.2 施工方案及步驟

(1)為不影響人員上下井,要求施工人員在不影響正常開車的情況下,利用每天下午2h檢修停車時間,提前對照圖紙查線號、對線號。在不影響開車的情況下,先把新操作臺墩到舊操作臺一側(cè),5塊柜體在電控室就位,再敷設控制電纜接線。敷設高壓電纜。

(2)安裝新6000/480變壓器、新高壓開關柜、新高壓轉(zhuǎn)換柜。

(3)新操作臺就位、連接高壓主線、低壓控制線進行編程、調(diào)試,系統(tǒng)試運轉(zhuǎn)正常后投入運行。

3變頻系統(tǒng)調(diào)試數(shù)據(jù)

(1)加速段。

加速時間30s,加速度0.13m/s2。

(2)等速段。

交鋒點半速通過．速度1.9m/s,交鋒點位置514m。

(3)減速段。

減速點距離井口35m,減速時問14s,減速度0.2m/s,爬行距離9m。

(4)安全保護數(shù)據(jù)設定。

GS]2等速過速保護:PLC數(shù)據(jù)設定為等速速度的15%,對應實際速度為v=3.8×115%=4.37(m/s)。

GSJl限速保護設定:超出給定速度10%動作。

深度指示器斷軸及測速發(fā)電機欠壓保護:由FMl、FM2計數(shù)比較,行程相差10m,DJl吸合。保護動作。

接近井口定點限速保護:距離井口20m,檢測速度,速度不得高于3.02m/s;距離井口l0m處。再次檢測速度,速度不得大于1.92m/s;距離井口5m處,第三次檢測速度。如果速度大于1.24m/s,安全回路跳閘。

制動油泵過壓保護:制動油過壓保護使用液壓站接點。動作值設定在6MPa,油壓超過設定值保護動作。

潤滑油欠壓、油路超溫保護:潤滑油壓欠壓設定為0.16MPa。油壓低于設定值或者油壓超溫,運行中允許一次開車。停車時不能送電。

減速點:數(shù)字減速點設置在距離井口35m處,減速距離約為26.6m．減速度為0.27m/s2,最短爬行距離8.4m。

提升行程校準:操作臺顯示的提升行程是由測速發(fā)電機軸和深度指示器軸連接的軸編碼器計數(shù)值計算得出。如果絞車進行車繩槽或者換繩檢修會導致深度顯示變化,此時需要人為校準行程。具體操作辦法是:一是絞車由正向停車位置提升到反向停車位置,保證開關可靠動作;二是將方向解除K旋轉(zhuǎn)90°,同時按住路程、速度數(shù)字顯示表上的“設定”和“F1”鍵超過3s,路程數(shù)值變成l028m。

4改造效果分析

(1)安全可靠性、投資少:變頻器使用恒轉(zhuǎn)矩矢量控制方式,速度閉環(huán)特性良好、正力和負力提升速度圖基本相同,即使比較大的負力情況,也不會發(fā)生超速現(xiàn)象,提高了系統(tǒng)安全可靠性。且與轉(zhuǎn)子電壓匹配的變頻器額定電壓低,電控裝置投資低。

(2)提升效率:變頻半自動運行,保證任意司機開車,提升時間基本保持不變,并且提升時間縮短。原系統(tǒng)單次提升運行時間平均為340s。變頻提升的運行時間在310s以內(nèi),每勾減少運行時問30s。

(3)節(jié)電效果:變頻提升節(jié)電效果顯著,原系統(tǒng)每天提升用電量平均為1500kWh,使用變頻提升時,負力下放能量回饋、減速制動段能量回饋、慢速提升降壓降額。節(jié)電效果十分顯著。目前每天提升勾數(shù)基本不變,每天用電量平均為400kWh,可實現(xiàn)年節(jié)電40萬kWh。

(4)功率因數(shù):變頻驅(qū)動的電機功率因數(shù)一般都在0.95以上,更高的功率因數(shù)降低了電機輸入電流,減少了路耗的同時,電機溫度也大幅下降,系統(tǒng)改造前2007年11月1日記錄數(shù)據(jù)顯示全天電機平均溫度40℃,應用變頻提升電機平均溫度33℃,平均溫度下降7℃．延長了電動機的使用壽命。