選礦廠球磨機(jī)電控動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)改造

夏友汝　韓澤元　趙路

摘要：徐州鐵礦集團(tuán)選礦廠1#、2#MQG2700×2100球磨機(jī)啟動(dòng)困難，在啟動(dòng)過(guò)程中高壓電動(dòng)機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈有火花噴出，造成高壓開(kāi)關(guān)柜的少油斷路器噴油。為此，球磨機(jī)進(jìn)行了電控技術(shù)改造及高壓電動(dòng)機(jī)選型更換。通過(guò)對(duì)球磨機(jī)的技術(shù)改造，總結(jié)了改造前和改造后電控及電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，使球磨機(jī)的電控各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了安全規(guī)程的要求。

關(guān)鍵詞：選礦廠；球磨機(jī)；電控動(dòng)力系統(tǒng)；高壓電動(dòng)機(jī)；技術(shù)改造 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TD928 文章編號(hào)：1009-2374（2015）23-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.014

徐州鐵礦集團(tuán)選礦廠1#、2#球磨機(jī)是20世紀(jì)70年代中期建設(shè)選礦廠時(shí)購(gòu)買(mǎi)沈陽(yáng)重型機(jī)器廠稀油潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)備，其設(shè)備型號(hào)為MQG2700×2100，自重69156kg，最大裝球量24000kg，兩臺(tái)球磨機(jī)的高壓開(kāi)關(guān)柜是敞開(kāi)式其型號(hào)為GGA，斷路器的型號(hào)為SN10-Ⅱ少油斷路器，轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)柜為頻敏變阻器，直流電源控制，兩臺(tái)繞線式高壓電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為JR1410-8、額定功率為280kW、額定電壓為6kV、滿載時(shí)定子電流為35.7A、效率92.3%、最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩為2.55、轉(zhuǎn)子電壓為550V、轉(zhuǎn)子電流為309A。該兩臺(tái)球磨機(jī)已運(yùn)行有30多年。改造之前球磨機(jī)啟動(dòng)非常困難，需要借助廠房?jī)?nèi)行車(chē)進(jìn)行盤(pán)車(chē)，有時(shí)在啟動(dòng)過(guò)程中高壓電動(dòng)機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈有火花噴出，造成高壓開(kāi)關(guān)柜的少油斷路器噴油，頻敏電阻器燒壞，使安全生產(chǎn)得不到保障，設(shè)備存在安全隱患，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，造成維護(hù)人員的維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，能源浪費(fèi)，生產(chǎn)成本增加，需要對(duì)球磨機(jī)電控動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 選礦廠1#、2#球磨機(jī)改造

1.1 第一次改造

第一步對(duì)球磨機(jī)高壓控制部分進(jìn)行改造。方案是淘汰兩臺(tái)GGA敞開(kāi)式高壓開(kāi)關(guān)柜，更新兩臺(tái)鎧裝中置式高壓開(kāi)關(guān)柜，型號(hào)為KYN28-12。經(jīng)過(guò)實(shí)地考察、多方面論證，決定采用鎧裝磁閥式高壓固態(tài)軟啟動(dòng)裝置，其型號(hào)為HDQ，兩臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)由原來(lái)的繞線式改為鼠籠式，就是對(duì)電動(dòng)機(jī)滑環(huán)去除，把轉(zhuǎn)子繞組短接成Y接法。其工作原理為采用高壓磁閥式可控電抗器技術(shù)，高壓磁閥式可控電抗器的繞組分為高壓繞組和低壓直流繞組，該技術(shù)以西門(mén)子PLC-200控制低壓晶閘管的導(dǎo)通，通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)改變控制高壓磁閥式可控電抗器低壓直流繞組中直流部分，根據(jù)直流電流的大小改變高壓磁閥式可控電抗器鐵芯的導(dǎo)磁率大小，從而改變高壓磁閥式可控電抗器高壓繞組的阻抗大小，從而達(dá)到降壓限流的目的，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)級(jí)調(diào)速。

其高壓磁閥式可控電抗器的高壓阻抗變化過(guò)程與晶閘管導(dǎo)通輸出直流電流變化一致，克服了晶閘管耐電壓低的缺點(diǎn)，充分利用了低電壓直流控制高電壓的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高壓電動(dòng)機(jī)及超大容量的高壓電動(dòng)機(jī)。在高壓電動(dòng)機(jī)的定子回路串入高壓磁閥式可控電抗器可以平滑改變高壓磁閥式可控電抗器的阻抗，通過(guò)高壓磁閥式可控電抗器控制系統(tǒng)，調(diào)整控制高壓磁閥式可控電抗器的低壓直流繞組中直流電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)了高壓磁閥式可控電抗器的阻抗由大到小無(wú)極調(diào)速，高壓電動(dòng)機(jī)端電壓逐漸上升至全電壓6kV，實(shí)現(xiàn)高壓電動(dòng)機(jī)的無(wú)沖擊固態(tài)軟啟動(dòng)。當(dāng)高壓電源進(jìn)線柜斷路器合閘時(shí)（QF合閘），供電系統(tǒng)6kV電壓加至高壓電動(dòng)機(jī)（M）和串聯(lián)的高壓磁閥式可控電抗器兩端。合閘瞬間，由于無(wú)沖擊固態(tài)軟起啟高壓磁閥式可控電抗器的電抗值較大，在無(wú)沖擊固態(tài)軟啟動(dòng)高壓磁閥式可控電抗器將高壓電動(dòng)機(jī)的初始起動(dòng)電流限制在額定值的1.5～2.0倍之間，啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定為2s，故對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)的沖擊很小。隨后，無(wú)沖擊固態(tài)軟啟動(dòng)高壓磁閥式可控電抗器的電抗值快速減小，啟動(dòng)電流迅速增加到設(shè)定值為2.8倍啟動(dòng)電流。高壓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速線性增大，高壓電動(dòng)機(jī)端電壓增大，采用閉環(huán)控制，減小高壓磁閥式可控電抗器的電抗值，使高壓電動(dòng)機(jī)電流維持恒定值為2.8倍額定電流值。此時(shí)，高壓電動(dòng)機(jī)端電壓增加，高壓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平滑上升。隨著高壓電動(dòng)機(jī)加速到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，高壓電動(dòng)機(jī)電流將下降至額定電流，當(dāng)電流降至高壓電動(dòng)機(jī)額定電流的1.1倍時(shí)，時(shí)間繼電器迅速閉合，使無(wú)沖擊固態(tài)軟啟動(dòng)柜的高壓真空接觸器合閘（KM合閘），將無(wú)沖擊固態(tài)軟啟動(dòng)高壓磁閥式可控電抗器旁路，高壓電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)進(jìn)入全電壓工作狀態(tài)，無(wú)任何二次沖擊，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。無(wú)沖擊固態(tài)軟啟動(dòng)裝置的采用高壓磁閥式可控電抗器，該高壓磁閥式可控電抗器應(yīng)用獨(dú)創(chuàng)的磁閥結(jié)構(gòu)、極限磁飽和技術(shù)、自耦勵(lì)磁結(jié)構(gòu)，性能優(yōu)良，可靠性極高，啟動(dòng)時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)沖擊諧波小，不會(huì)產(chǎn)生5次諧波和7次諧波，為電力供電系統(tǒng)的綠色電網(wǎng)創(chuàng)造了良好的開(kāi)端，同時(shí)大大提高了高壓固態(tài)軟啟動(dòng)裝置的可靠性。2012年5月放假期間對(duì)控制部分進(jìn)行了改造，控制原理詳見(jiàn)附圖1：

第一步改造完成后，球磨機(jī)高壓電控安全運(yùn)行近兩年。2014年5月1#球磨機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流突然增大約8A，并且啟動(dòng)困難，不敢停車(chē)，停車(chē)后需多次啟動(dòng)，才能正常運(yùn)行。由于電動(dòng)機(jī)本身因使用年限已久，效率低下，老化嚴(yán)重，由于高壓電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)了多次反復(fù)修理，各項(xiàng)性能指標(biāo)急劇下降，且JR1410-8型號(hào)電動(dòng)機(jī)屬于高能耗淘汰產(chǎn)品，不能繼續(xù)使用，對(duì)此進(jìn)行了第二步改造。

1.2 第二次改造

方案為對(duì)兩臺(tái)JR1410-8型三相異步高壓電動(dòng)機(jī)重新選型，進(jìn)行更換。經(jīng)過(guò)實(shí)地考察，多方面論證，決定采用西安電機(jī)廠鼠籠式Y(jié)HP500-8A三相異步高壓電動(dòng)機(jī)，此型號(hào)電動(dòng)機(jī)滿足球磨機(jī)重載啟動(dòng)、啟動(dòng)力矩很大的特點(diǎn)，滿足使用要求。電動(dòng)機(jī)額定功率為315kW、額定電壓6kV、額定電流46.6A、效率93%；堵轉(zhuǎn)電流/額定電流為7.5、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩為2.0。JR1410-8型電動(dòng)機(jī)機(jī)身短、高，聯(lián)軸器安裝軸軸徑、定位尺寸均小，YHP500-8A型電動(dòng)機(jī)機(jī)身細(xì)、長(zhǎng)，聯(lián)軸器安裝軸軸徑、定位尺寸均偏大，造成新舊電動(dòng)機(jī)中心高不一致，T3型膠板彈性聯(lián)軸器不能通用，新電動(dòng)機(jī)中心高偏低、地腳螺栓安裝尺寸不一致，為了保證不動(dòng)原有基礎(chǔ)，利用原來(lái)的地腳螺栓，需重新設(shè)計(jì)制作專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)底座及專(zhuān)用半聯(lián)軸器。2014年10月國(guó)慶放假期間及2014年12月底元旦放假期間對(duì)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)先后進(jìn)行了更換。專(zhuān)用聯(lián)軸器及專(zhuān)用底座詳見(jiàn)圖2、圖3。

2 改造前后電控及電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

改造之前球磨機(jī)存在重大的安全隱患。高壓電控經(jīng)常出現(xiàn)故障，不是繞線式高壓電動(dòng)機(jī)的線圈接地就是匝間短路，造成繞線式高壓電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)磁率急劇下降，使繞線式高壓電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)不到額定轉(zhuǎn)矩，使繞線式高壓電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)非常困難，需要借助外力進(jìn)行盤(pán)車(chē)，有時(shí)需要連續(xù)啟動(dòng)好幾次才能正常運(yùn)行，這樣就造成繞線式高壓電動(dòng)機(jī)的定子線圈的溫度急劇上升，在啟動(dòng)過(guò)程中線圈有火花噴出，繞線式高壓電動(dòng)機(jī)經(jīng)常燒壞定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈，造成高壓開(kāi)關(guān)柜的少油斷路器噴油，頻敏電阻器燒壞，以上問(wèn)題使安全生產(chǎn)得不到保障，經(jīng)常停產(chǎn)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，造成維護(hù)人員的維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，增加維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加生產(chǎn)成本。改造之后球磨機(jī)能達(dá)到一次性啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)不需要借助外力，高壓電控得到了保障，生產(chǎn)得到了保障，消除了啟動(dòng)工程中存在的安全隱患，減少了維護(hù)量，降低了維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）改造前平均每月處理一次電控故障、事故，現(xiàn)在事故為零；（2）改造在節(jié)假日期間，不影響生產(chǎn)、用時(shí)短；（3）不需要重新澆灌高壓電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)，造價(jià)低、耗時(shí)短；（4）能一次性啟動(dòng)，效果好；（5）選用高效率電動(dòng)機(jī)，既節(jié)能、又降耗?？偟膩?lái)說(shuō)，本次改造既消除了安全隱患，又保障了生產(chǎn)，保證了選礦設(shè)備的正常運(yùn)行，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)為其他類(lèi)似的技術(shù)改造提供了有力的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：夏友汝（1966-），男，江蘇徐州人，徐州鐵礦集團(tuán)有限公司機(jī)電一體化助理工程師，研究方向：礦山機(jī)電保護(hù)、校驗(yàn)及電氣設(shè)備管理；韓澤元（1984-），男，青海海東人，徐州鐵礦集團(tuán)有限公司機(jī)械工程助理工程師，研究方向：礦山機(jī)械的應(yīng)用和礦山設(shè)備管理；趙路（1990-），男，江蘇徐州人，徐州鐵礦集團(tuán)有限公司電氣工程及其自動(dòng)化助理工程師，研究方向：礦山機(jī)電保護(hù)、校驗(yàn)及電氣設(shè)備管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）