童亭煤礦主井改造特色分析

【摘要】童亭煤礦原主井提升系統(tǒng)采用JKMD2.8×4型落地摩擦式提升機，配用YR800-12/1430型，2×800kw交流異步電機，采用交流繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)。通過引進(jìn)矢量變頻器進(jìn)行改造，在主井的投運以來，從實際運行效果來看，變頻器在加速段與減速段中，與傳統(tǒng)的工頻相比，有著巨大的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】主井提升；矢量變頻器；改造；特色

1、緒論

童亭煤礦原主井提升系統(tǒng)采用JKMD2.8×4型落地摩擦式提升機，配用YR800-12/1430型，2×800kw交流異步電機，采用交流繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)（由交流提升電控系統(tǒng)和三電平中壓低頻換向裝置兩部分組成）。

通過引進(jìn)矢量變頻器進(jìn)行改造，在主井的投運以來，從實際運行效果來看，變頻器在加速段與減速段中，與傳統(tǒng)的工頻相比，有著巨大的優(yōu)勢。工頻運行中，加速與減速缺少完整的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，受負(fù)荷影響大，負(fù)荷判斷靠編程計算完成，精度系數(shù)低，同時高低壓切換造成速度曲線的非線性可控，從而產(chǎn)生瞬間加速度過大。根據(jù)多年來的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，加速時的平均加速度為1.9m/s2；減速時，平均加速度為0.78m/s2。改用變頻后，加減速依靠變頻器本體的閉環(huán)控制運算來實現(xiàn)，達(dá)到加減速平穩(wěn)和無極調(diào)速的特點。具計算和統(tǒng)計，加速段的平均加速度為0.65m/s2，減速段的平均加速度為0.61m/s2。無極變速的平穩(wěn)，減少了機械磨損，延長了設(shè)備的使用壽命。

2、特色分析

2.1、節(jié)約用電。變頻器在主井投運已有半年時間，其節(jié)能效果顯著。對比原工頻時，平均提升一勾消耗電度量為61.7204度。投入變頻系統(tǒng)后，平均提升一勾消耗電度量為57.037度。單勾節(jié)省電度量4.6834，是原來提升電量的9%。按照日提升勾數(shù)平均500勾來看，每日可節(jié)約電量2341度。又依照平均電價0.6元/度，每日可節(jié)約1404.6元。每年可節(jié)約電費約45萬。

2.2、系統(tǒng)對電網(wǎng)的污染非常小。同步電機和整流器的功率因數(shù)都為1，減少了對變壓器的功率需求，僅需要采用交交變頻器時的50%。采用MV100的提升機系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波很小，不需要另加諧波濾波器及無功率補償裝置。

2.3、大功率開關(guān)器件IGBT具有快速的開關(guān)特性，因此在直流回路不再需要像交交變頻器那樣的直流斷路器。

2.4、采用高壓大功率IGBT作為主開關(guān)器件。IGBT綜合了高頻開關(guān)、高阻斷電壓和低導(dǎo)通耗損等特性，因此提供了效率更高、可靠性更好的變頻器。

2.5、矢量控制在MVA級的傳動產(chǎn)品中提供了高級別的轉(zhuǎn)矩和速度的性能。優(yōu)良的過程控制，精確的電機控制性能，最小的的扭矩擾動和電機磨損。其轉(zhuǎn)矩控制性能更好。

2.6、采用高性能中壓變頻裝置。童亭煤礦提升機系統(tǒng)跨越直流電機配直流調(diào)速系統(tǒng)的模式用低速直連交流同步電機和MV100交直交中壓變頻裝置（采用全數(shù)字矢量控制，基于IGBT三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功率單元模塊化設(shè)計），取代傳統(tǒng)的交流串電阻和直流調(diào)速系統(tǒng)，不僅調(diào)速性能優(yōu)良，而且具有諧波污染少、全功率段功率因數(shù)均為1，節(jié)能環(huán)保效果好。

2.7、雙驅(qū)動全冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)，解決了交直交傳動系統(tǒng)單輸出無法冗余運行的缺點。

1）完全冗余的工作方式：童亭煤礦在國際上首次采用主回路并聯(lián)、全載全速雙輸出交直交中壓變頻傳動系統(tǒng)。電機為雙繞組低速直連同步電機，正常工作時，兩臺變頻器同時工作，每臺供給相應(yīng)電機繞組，負(fù)載均分。當(dāng)一臺變頻器故障時，通過切換開關(guān)將電機雙繞組并聯(lián)，由另一臺變頻器單獨供電，實現(xiàn)電機的全載全速運行。當(dāng)單個變頻器或變壓器出現(xiàn)問題時，電控系統(tǒng)仍能實現(xiàn)電機的全載全速運行，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和冗余性。

2）完全冗余的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：MV100傳動系統(tǒng)擁有兩套完全獨立的冗余變頻裝置。當(dāng)一套裝置故障時，通過斷開其主回路進(jìn)線開關(guān)和閉合其輸出接地開關(guān)，使裝置完全脫電，在另一套裝置工作的情況下，對其進(jìn)行維修工作，避免了設(shè)備停機，提高了系統(tǒng)應(yīng)急性和工作效率。

3）完全冗余的控制單元：正常工作時，兩套控制單元互為主從，通過光纖通信，分管兩套傳動單元的控制，并通過雙DI、DO接口相互驗證數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)的可靠運行。當(dāng)一套控制單元故障時，另一套轉(zhuǎn)換為主控單元，實現(xiàn)對整個傳動系統(tǒng)的完全控制，確保系統(tǒng)仍能正常工作。

4）具有雙勵磁全冗余結(jié)構(gòu)。

2.8、具有豐富的通信接口，支持串口、以太網(wǎng)、DP等通用通信協(xié)議，方便與外圍設(shè)備如PLC等交換數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)控制邏輯更加簡單清晰。同時，控制單元還具備遠(yuǎn)程診斷功能，維護人員可通過互聯(lián)網(wǎng)直接訪問傳動單元，使故障處理更為即時方便，提高系統(tǒng)的易用性。

2.9、MV100傳動系統(tǒng)還本身具有上位機功能，人機界面友好，通過觸摸屏可直接在門板上顯示系統(tǒng)的當(dāng)前運行狀態(tài)，察看電壓、電流、頻率等波形，并具有報警匯總功能，減少了故障排查時間，方便維護。

2.10、水冷系統(tǒng)的交流同步電機

國內(nèi)首臺礦山行業(yè)提升機用交流調(diào)速同步電動機，突破以往提升機用電機使用的轉(zhuǎn)子無軸、分塊底架、電機主出線為底部出線，以及底部管道通風(fēng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，采用轉(zhuǎn)子帶軸及高、低壓軸承、整塊底架、電機主出線為側(cè)部出線、冷卻方式為自帶風(fēng)機的空-水冷卻器等一系列創(chuàng)新結(jié)構(gòu)形式。同時，電機定子絕緣采用國內(nèi)最高水平的少膠絕緣，在保證電機各項性能要求的前提下，使電機體積達(dá)到最小。電機采用空-水冷卻器達(dá)到充分降低電機溫度，增加電機絕緣使用壽命，延長電機使用時間的效果。同時改善以往管道通風(fēng)冷卻，電機內(nèi)部容易積灰造成吸進(jìn)濕氣成絕緣電阻低的弱點。并且，電機根據(jù)現(xiàn)場特殊情況，采用轉(zhuǎn)子帶軸的方式與絞車聯(lián)接，承載轉(zhuǎn)子的軸承采用高、低壓軸承，保證軸瓦的使用壽命。

同時PLC實時監(jiān)控電機溫度、電機水冷漏水檢測等信號，保證了電機水冷系統(tǒng)的可靠運行。

2.11、防雷光電隔離

童亭煤礦在天輪編碼器到PLC模塊間加裝了光纖隔離裝置。天輪編碼器的供電及信號輸入全部經(jīng)過光纖轉(zhuǎn)換器連接至PLC模塊，實現(xiàn)了天輪編碼器與電控系統(tǒng)的電氣隔離。完全避免了因雷擊引起的浪涌電壓造成的PLC損壞，大大提高了電控系統(tǒng)的安全系數(shù)，保障了系統(tǒng)及人員的安全運行。

參考文獻(xiàn)

[1]常美生.《高壓電技術(shù)》.中國電力出版社，2007

[2]洪曉華主編.《礦井運輸提升》.中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2005

[3]陳家斌主編.《變電運行與管理技術(shù)》.北京：中國電力出版社，2004

作者簡介

袁永昌，27歲，2010年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)，現(xiàn)為淮北礦業(yè)集團童亭煤礦機電科，機電助理工程師。