煤礦主井提升變頻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施

李 軍尹 剛

（1.肥城礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 肥城 271608；2.肥城礦業(yè)集團(tuán) 梁寶寺能源有限責(zé)任公司，山東 嘉祥 272404）

1 煤礦主井提升系統(tǒng)

煤礦提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)分為工頻和變頻兩種運(yùn)行方式，工頻轉(zhuǎn)子申電阻調(diào)速系統(tǒng)在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電阻不僅消耗了大量能量，而且產(chǎn)生大量熱量，使周圍空氣溫度升高，嚴(yán)重影響設(shè)備散熱性能，降低設(shè)備使用壽命，尤其是夏季此種現(xiàn)象更為明顯，另外為散熱專門建設(shè)電阻室也許投入一筆費(fèi)用。此外，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)接頭多、啟動(dòng)時(shí)電阻切換頻繁、觸頭極易氧化或因接觸不良而發(fā)熱。系統(tǒng)維護(hù)工作量大。變頻系統(tǒng)較好地解決了上述問題，還具有如下優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，通用性強(qiáng)；程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用方便；采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便；安裝簡(jiǎn)便，調(diào)試方便，維護(hù)工作量??；適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行柔性生產(chǎn)。

2 主井提升系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)變頻系統(tǒng)的優(yōu)越性能，白莊煤礦對(duì)主井提升系統(tǒng)進(jìn)行了改造，在原有工頻控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加設(shè)變頻系統(tǒng)，正常工作情況下使用變頻系統(tǒng)，工頻系統(tǒng)熱備用，在變頻檢修和故障情況下能立即投入使用，不但提高了生產(chǎn)效率為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益，更加強(qiáng)了我礦處理應(yīng)急突發(fā)事件的能力。

白莊煤礦選用的BPDK-ZN-01SP高壓變頻的電控系統(tǒng)用交流變頻器直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子短接的繞線式交流電機(jī)，保留原系統(tǒng)的運(yùn)行方式，增加高壓變頻電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)的切換運(yùn)行，主要設(shè)備有：全數(shù)字主控臺(tái)、全數(shù)字高壓變頻調(diào)速柜、高壓開關(guān)柜、輔助控制柜、系統(tǒng)切換柜。

3 雙系統(tǒng)性能分析

3.1 更安全

安全回路的好壞是衡量提升機(jī)保護(hù)性能的的重要標(biāo)志。白莊煤礦新型變頻系統(tǒng)將安全回路設(shè)計(jì)成PLC雙線制安全回路，一套為PLC“軟”安全回路，另一套為繼電器“硬”安全回路。提升機(jī)的保護(hù)有兩種：發(fā)生故障時(shí)立即實(shí)現(xiàn)一級(jí)或二級(jí)安全制動(dòng)；發(fā)生故障時(shí)可以完成本次提升循環(huán)，不能進(jìn)行下一個(gè)提升循環(huán)。

（1）P LC失效保護(hù)。當(dāng)PLC自診斷發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在重大故障時(shí)，外置繼電器失電，斷開安全回路。這時(shí)可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，退出變頻控制系統(tǒng)，啟用原來的工頻控制系統(tǒng)進(jìn)行提升工作，不影響提升生產(chǎn)工作和PLC維修。

（2）誤開車保護(hù)。司機(jī)疲勞時(shí)，很容易搞錯(cuò)開車方向，發(fā)生過卷事故。新系統(tǒng)對(duì)開車方向進(jìn)行閉鎖，當(dāng)司機(jī)選錯(cuò)開車方向時(shí)，提升機(jī)不能啟動(dòng)和開車，只有司機(jī)的開車方向選擇正確時(shí)，才能啟動(dòng)和開車。

（3）過卷保護(hù)。當(dāng)提升容器超出正常車位置時(shí)，過卷開關(guān)動(dòng)作，使安全回路斷開，提升機(jī)實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。 過卷以后，如需繼續(xù)開車，司機(jī)必須扭動(dòng)過卷復(fù)位開關(guān)，安全回路才能重新接通。若司機(jī)將過卷復(fù)位開關(guān)位置扭錯(cuò)，則不能開車。過卷故障解除后，司機(jī)應(yīng)將過卷復(fù)位開關(guān)重新復(fù)位后再開車。

（4）閘瓦磨損保護(hù)。當(dāng)閘瓦磨損超限時(shí)，機(jī)械閘制動(dòng)力不足，閘瓦磨損開關(guān)將動(dòng)作，PLC會(huì)輸出保護(hù)信號(hào)，斷開安全回路，進(jìn)行安全制動(dòng)。待重新更換閘瓦后，方能開車。

（5）超速保護(hù)。當(dāng)提升機(jī)的運(yùn)行速度超過最大提升速度時(shí)，由PLC“軟”安全回路和由繼電器組成的“硬”安全路同時(shí)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。

（6）減速保護(hù)。提升機(jī)在減速段運(yùn)行過程中，若提升速度超過設(shè)計(jì)速度時(shí)，安全回路斷開。若提升機(jī)接近井口時(shí)仍超速，則提升機(jī)機(jī)械閘進(jìn)行抱閘。

（7）深度指示器失效保護(hù)。當(dāng)提升機(jī)的牌坊式深度指示器發(fā)生事故時(shí)，輸出保護(hù)觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。

（8）調(diào)繩連鎖保護(hù)。提升機(jī)調(diào)繩時(shí)，需將調(diào)繩開關(guān)置調(diào)繩位，保證提升機(jī)在全抱閘狀態(tài)下進(jìn)行離合器的打開和合上。

（9）絞車保護(hù)。變頻調(diào)速裝置還具有過壓、欠壓、過流、超負(fù)荷、短路、超溫等保護(hù)，滿足煤礦安全規(guī)程要求。轉(zhuǎn)子申電阻調(diào)速裝置無電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷、缺相、超溫保護(hù)，無限速、自動(dòng)減速功能，對(duì)過卷和超速只有單一保護(hù)功能。轉(zhuǎn)子申電阻調(diào)速裝置內(nèi)的鼓形控制器、正反向接觸器通過電流大，又頻繁動(dòng)作，觸點(diǎn)易燒損；電阻發(fā)熱量大、接頭多、易氧化或接觸不良而發(fā)熱，所以維護(hù)量極大。變頻調(diào)速裝置采用無觸點(diǎn)控制，電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)采用計(jì)算機(jī)控制，加上變頻調(diào)速裝置的功率器件及控制計(jì)算機(jī)模件均系德國(guó)進(jìn)口產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良可靠，維護(hù)量很小。

根據(jù)工頻轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)曲線和速度曲線看出，加速度不平滑，不能實(shí)現(xiàn)勻加速，鋼絲繩受力不均，容易出現(xiàn)震顫，加速斷繩。根據(jù)采用變頻后起動(dòng)曲線和變頻系統(tǒng)四象限運(yùn)行曲線，變頻系統(tǒng)下電機(jī)能平穩(wěn)加速，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，過渡過程較平滑，鋼絲繩受力均衡，消除了提升機(jī)“顫抖”現(xiàn)象，延長(zhǎng)了提升鋼絲繩等設(shè)備使用壽命。

3.2 更高效

主井采用工頻作為控制系統(tǒng)時(shí)，每月有7小時(shí)時(shí)間在處理各種機(jī)械事故，改造后主井采用雙套系統(tǒng)，正常情況下使用變頻系統(tǒng)，工頻系統(tǒng)熱備用，在變頻出現(xiàn)故障時(shí)能立即投入使用，理論上消除了機(jī)械事故處理時(shí)間。每月可節(jié)約5小時(shí)時(shí)間用于提升。白莊煤礦提升系統(tǒng)每小時(shí)提升45勾，每勾凈重6.0噸，這樣每年可多提煤炭16200T。

3.3 更節(jié)能

工頻系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子繞組串電阻進(jìn)行調(diào)速，裝置在減速和重物下放時(shí)需投入動(dòng)力制動(dòng)，大量能量消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，不但造成能量浪費(fèi)還會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使控制系統(tǒng)周圍溫度升高，夏季嚴(yán)重影響系統(tǒng)散熱性能。而四象限變頻調(diào)速裝置在減速和重物下放操作時(shí)，能自動(dòng)地將電動(dòng)機(jī)的再生能量反饋至電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)再生反饋制動(dòng)，節(jié)電效果明顯。

現(xiàn)以主井提升機(jī)為例進(jìn)行分析。主井提升采用800kW／6000V異步電機(jī)，采用變頻調(diào)速裝置較串電阻調(diào)速裝置省電50%左右。網(wǎng)側(cè)變流器實(shí)行PID控制，對(duì)網(wǎng)側(cè)交流電流的大小和相位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制，使輸入電流與電源電壓保持同相位，使系統(tǒng)的功率因數(shù)總接近于1。這樣就提高了功率因數(shù)，減少了無功消耗，降低了壓損，力率調(diào)整電費(fèi)減小，此項(xiàng)可節(jié)約電能15%左右。此外，變頻啟動(dòng)啟動(dòng)電流小，降低了對(duì)周圍電網(wǎng)電壓的影響，使電網(wǎng)供電更安全，性能更好。

4 結(jié)語

變頻系統(tǒng)因其各性能指標(biāo)較工頻有顯著優(yōu)點(diǎn)，在煤炭行業(yè)和其它行業(yè)中逐步代替工頻系統(tǒng)已成必然趨勢(shì)。