變頻控制技術(shù)在高突出礦井中的應(yīng)用

文/金德平

變頻控制技術(shù)在高突出礦井中的應(yīng)用

文/金德平

變頻器是具有無(wú)沖擊啟動(dòng)與軟停機(jī)優(yōu)良控制特性的新型電力變換裝置，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。為解決機(jī)電運(yùn)輸高耗能設(shè)備這一問(wèn)題，緩解礦井提升運(yùn)輸?shù)陌踩咝阅芘c煤炭事業(yè)快速發(fā)展之間的矛盾，平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦先后在己四采區(qū)鋼纜皮帶和主副井絞車(chē)電控系統(tǒng)改造中選擇使用了變頻控制技術(shù)，使礦井機(jī)電設(shè)備的安全性、可靠性、操作性和節(jié)能性得到提升，生產(chǎn)效率得以提高。本文針對(duì)平煤股份十礦這一高突出礦井中變頻控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

一、項(xiàng)目研究

1.變頻控制技術(shù)原理和發(fā)展

變頻控制技術(shù)原理是經(jīng)由半導(dǎo)體元件把工頻電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他的頻率，而后再把轉(zhuǎn)換成的工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并在這一過(guò)程中通過(guò)逆變器實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓與電流的控制和調(diào)節(jié)，使機(jī)電設(shè)備處于無(wú)級(jí)調(diào)速的狀態(tài)之中。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，機(jī)電設(shè)備傳統(tǒng)的電控技術(shù)與電力傳動(dòng)被更快捷、安全、高效的電力電子信息化技術(shù)所取代，變頻控制技術(shù)在節(jié)能減排領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的認(rèn)可。變頻控制技術(shù)中智能控制模塊的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了控制方式和控制功能的拓展，生產(chǎn)的綜合自動(dòng)化水平得到了提高，也促進(jìn)了變頻控制技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。

2.變頻控制技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的重要性

在煤礦生產(chǎn)中，變頻控制技術(shù)的應(yīng)用就是要通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流頻率之間的同步增長(zhǎng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)電設(shè)備的有效控制。變頻控制技術(shù)應(yīng)用于煤礦中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的平穩(wěn)和自動(dòng)加、減速控制，從而提高煤礦的工作效率，降低能耗。

二、項(xiàng)目實(shí)踐

1.變頻控制技術(shù)在己四鋼纜運(yùn)輸中的應(yīng)用

己四系統(tǒng)是平煤股份十礦通往三水平的主運(yùn)輸系統(tǒng)，全長(zhǎng)1700米，原設(shè)計(jì)采用六部皮帶運(yùn)輸，最大運(yùn)行負(fù)荷功率達(dá)到1800KW，每臺(tái)電壓660V電流272A，煤量1000噸/日，每班上崗人員6人。具有耗能大，維護(hù)量大，功能單一等劣勢(shì)。采用變頻控制技術(shù)后，啟動(dòng)可調(diào)給定0～50Hz頻率，啟動(dòng)電流緩慢上升0～150A，每次啟動(dòng)，降低了普通電機(jī)啟動(dòng)電流4～7倍電流的計(jì)算，解決了大負(fù)載啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊，節(jié)能達(dá)到15%。

在驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)上，根據(jù)平煤股份十礦己四采區(qū)的實(shí)際生產(chǎn)能力和交流電動(dòng)機(jī)的性能等因素，采用ZJT系列隔爆變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，即低速起動(dòng)。針對(duì)高突出礦井中電機(jī)還應(yīng)具有防爆功能和散熱性能的特點(diǎn)，采用“隔爆型三相交流異步水冷電動(dòng)機(jī)”，即選用了4×250KW隔爆型三相交流異步水冷電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)。與此同時(shí)，鋼絲繩牽引皮帶運(yùn)輸機(jī)具有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)兩條鋼絲繩運(yùn)轉(zhuǎn)以帶動(dòng)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)。每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪由一臺(tái)減速機(jī)拖動(dòng)，輸出軸一端與驅(qū)動(dòng)輪相連，另一端安裝逆止器，雙輸入軸兩端各有一臺(tái)防爆電機(jī)拖動(dòng)，每臺(tái)電機(jī)各有一臺(tái)變頻器供電并變頻。

己四防爆變頻鋼纜皮帶投入運(yùn)行后，最大運(yùn)行負(fù)荷功率1000KW，電流200A，運(yùn)輸煤量1500噸/日，每班上崗人員6人，解決了己四軌道運(yùn)輸提升壓力，提高了運(yùn)煤效率。每年節(jié)約電費(fèi)約192萬(wàn)元，節(jié)約工資36萬(wàn)元，提高運(yùn)輸煤量后增加凈利潤(rùn)為4050萬(wàn)元，合計(jì)效益4278萬(wàn)元。

2.變頻控制技術(shù)在礦井提升機(jī)的應(yīng)用

平煤股份十礦主井擔(dān)負(fù)著戊組原煤的提升任務(wù)，副井擔(dān)負(fù)著人和物料的提升任務(wù)，在生產(chǎn)過(guò)程中起著非常重要的作用，但兩提升絞車(chē)的電控系統(tǒng)仍然采用老式的TKD系統(tǒng)，即為繞線(xiàn)異步電機(jī)+轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速+高壓接觸器換向。這種轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速方案存在諸多缺點(diǎn)，已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)在的提升能力需求和安全保障，急需進(jìn)行技術(shù)改造和設(shè)備更換。采用轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速方案后，將礦井主副井老電控系統(tǒng)改造為節(jié)能降耗的高效變頻電控系統(tǒng)。

（1）系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子雙饋調(diào)速下電機(jī)的順利啟動(dòng)，特別是主井雙機(jī)拖動(dòng)時(shí)電機(jī)啟動(dòng)出力的一致性；實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的四象限運(yùn)行，調(diào)速平滑穩(wěn)定，電機(jī)溫升比老系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)降低10℃左右；縮短了單次提升循環(huán)時(shí)間，每鉤節(jié)省時(shí)間10s左右，增強(qiáng)礦井提升能力15%～30%。

實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，保證下放重物時(shí)發(fā)電產(chǎn)生的能量回饋至電網(wǎng)；系統(tǒng)在整個(gè)工況中均運(yùn)行在高功率因數(shù)下，諧波符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

實(shí)現(xiàn)礦井提升或下放全過(guò)程的自動(dòng)化控制，并應(yīng)用矢量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交—直—交變頻器的控制，達(dá)到了理想的控制精度；系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，各項(xiàng)保護(hù)齊全且動(dòng)作靈敏，系統(tǒng)故障實(shí)現(xiàn)自診斷；實(shí)際運(yùn)行節(jié)電率超20%。

（2）經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算基礎(chǔ)及社會(huì)效益。

每天提升時(shí)間為16小時(shí)，則每天可多提煤量為：16小時(shí)×4鉤×9.8噸=627.2噸/天。

經(jīng)改造后，年提升能力（按330天計(jì)）提高大約：330天×627.2噸/天=206976噸。

新的雙饋調(diào)速系統(tǒng)，年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益為（90元∕噸）：M=90元/噸×206976噸=1862.7萬(wàn)元。

副井每鉤提矸5.4噸，每小時(shí)多提5鉤，每噸按新增產(chǎn)值20元計(jì)算，可得到副井新增產(chǎn)值：N=5鉤×16小時(shí)/天×5.4噸/鉤×20元/噸×3 30天/年= 285.12萬(wàn)元。

主副井提升能力得以提高后，年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益為：P=M+N=1862.7萬(wàn)元+285.12萬(wàn)元=2147.82萬(wàn)元；

每天可以節(jié)約電能:9544度-7360度=2184度，全年按提升時(shí)間330天計(jì)算,一年可節(jié)約電能費(fèi)用: 2184度×330天×0.5元=360360元；

全年增收節(jié)支總額為：2147.82+36.036=2183.856萬(wàn)元。

平煤股份十礦主副井電控系統(tǒng)改造方案保留了原電控裝置，可通過(guò)轉(zhuǎn)換柜方便切換，每套電控都可獨(dú)立運(yùn)行，為主提升系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。自試運(yùn)行以來(lái)，具有技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、保護(hù)完善和經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點(diǎn)，提高了主副井提升能力，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，緩解了礦井出煤提矸緊張的局面，有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

三、結(jié)論

變頻控制技術(shù)在平煤股份十礦先后投入使用以來(lái)，具有調(diào)頻范圍寬，分辨率高，保護(hù)齊全且靈敏度高，主功率器件自我保護(hù)功能良好，運(yùn)行平衡，通訊接口齊全，有利于上位機(jī)和遠(yuǎn)控控制等優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了其優(yōu)良的技術(shù)特性和高效的節(jié)能效果。

隨著自動(dòng)化控制、電子技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷在煤礦機(jī)電領(lǐng)域中得到應(yīng)用，煤礦機(jī)電設(shè)備的智能化水平也會(huì)越來(lái)越高，這將為變頻控制技術(shù)的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（作者單位：平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦）

（責(zé)任編輯：周瓊）