四象限高壓變頻器在絞車電控上二拖二的應(yīng)用

董應(yīng)征

(河北拓金礦業(yè)有限公司太行鐵礦，河北 沙河 054000)

四象限高壓變頻器在絞車電控上二拖二的應(yīng)用

董應(yīng)征

(河北拓金礦業(yè)有限公司太行鐵礦，河北 沙河 054000)

絞車提升是礦業(yè)生產(chǎn)中最重要的運(yùn)輸設(shè)備，河北太行鐵礦的主井絞車和副井絞車在改造前，均采用轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方式，這種調(diào)速方式屬高耗能方式，屬于國家煤礦安全監(jiān)察局限時(shí)淘汰設(shè)備，為了滿足安監(jiān)局要求，降低企業(yè)運(yùn)行成本，改變現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，推廣新技術(shù)，確定進(jìn)行變頻調(diào)速改造。太行鐵礦主井絞車和副井絞車采用同樣的機(jī)械系統(tǒng)，在改造過程中，采用兩臺(tái)變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)絞車的二拖二互為備用的模式，提高了運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性和安全性。

絞車調(diào)速；四象限變頻器；二拖二互為備用

1 概 述

河北拓金礦業(yè)有限公司太行鐵礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)30萬t/a的鐵礦石，運(yùn)輸系統(tǒng)采用豎井提升，主井井深478 m，副井井深515 m，井筒直徑為5 m，主機(jī)滾筒直徑均為3.0 m，電機(jī)均為10 kV 500 kW電機(jī)，改造前均采用轉(zhuǎn)子串電阻的方式調(diào)速(表1)。

2015年7月份根據(jù)河北省安監(jiān)局關(guān)于絞車變頻調(diào)速的要求，要求生產(chǎn)礦井，對(duì)現(xiàn)有的提升機(jī)電控進(jìn)行必要的設(shè)備升級(jí)，不能再使用轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方式，必須使用PLC電控，并且要求電控設(shè)備為一用一備的方式，拓金礦業(yè)公司決定對(duì)兩套絞車采用變頻調(diào)速改造，更換全部的電控系統(tǒng)。為了滿足安監(jiān)局一用一備的要求，并且能夠節(jié)約資金，減少投資，因?yàn)橹骶透本臋C(jī)械和電機(jī)是相同的，采用了兩套電控系統(tǒng)互為備用的模式，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。這樣，既滿足了安監(jiān)部門關(guān)于安全的系統(tǒng)要求，同時(shí)又降低了企業(yè)的投資成本。

2 互為備用的電控系統(tǒng)

在改造變頻電控時(shí)，把主井提升機(jī)電控系統(tǒng)和副井提升電控系統(tǒng)整體考慮，統(tǒng)一設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)的兩臺(tái)變頻器為二拖二互為備用，除變頻器以外的電控系統(tǒng)各自獨(dú)立控制主井絞車和副井絞車的模式。電控系統(tǒng)本身均采用雙PLC冗余配置，在主PLC本身故障時(shí)，副PLC可以替代主PLC工作，完成提升循環(huán)，并且電控系統(tǒng)還有應(yīng)急提升模式；采用變頻器互為備用的方式，在單臺(tái)變頻器故障時(shí)，可以通過系統(tǒng)切換把另外一臺(tái)變頻器切換至故障變頻器回路，替代故障變頻器完成提升循環(huán)。

表1 提升系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

采用這種二拖二互為備用的方式，極大的提高了提升系統(tǒng)的安全性，保證了在某一臺(tái)變頻器故障時(shí)，能完成應(yīng)急的提升循環(huán)。

2.1 一次系統(tǒng)說明

一次系統(tǒng)為兩套獨(dú)立的變頻電控系統(tǒng)，通過切換柜把變頻器的輸出聯(lián)系起來，在變頻器故障時(shí)可以切換使用。正常運(yùn)行時(shí)，切換柜的Q1和Q2閉合，Q3斷開；Q4和Q5閉合，Q6斷開，東芝三菱的TMdrive-MVe2變頻器拖動(dòng)主井電機(jī)運(yùn)行，利德華福的HAR3000變頻器拖動(dòng)副井電機(jī)運(yùn)行。假設(shè)利德華福的HAR3000故障，使用東芝三菱的TMdrive-MVe2應(yīng)急拖動(dòng)副井電機(jī)，則Q2和Q4斷開，Q1、Q3、Q5和Q6閉合，用東芝三菱的TMdrive-MVe2變頻器拖動(dòng)副井電機(jī)運(yùn)行，這樣既能保證故障變頻器檢修時(shí)下口具有明顯斷點(diǎn)Q4，也能保證主井電機(jī)上口有明顯斷點(diǎn)Q2，即能滿足互為備用的操作，也能保證系統(tǒng)檢修的安全性。反之，假如東芝三菱的TMdrive-MVe2故障，使用利德華福的HAR3000變頻器應(yīng)急拖動(dòng)主井電機(jī)，則Q1和Q5斷開，Q2、Q3、Q4和Q6閉合，用利德華福的HAR3000變頻器拖動(dòng)主井電機(jī)運(yùn)行。一次系統(tǒng)圖見圖1。

2.2 控制系統(tǒng)說明

因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)安裝在不同的絞車房，不能互為備用，所以電控系統(tǒng)必須通過不同的信號(hào)能分時(shí)控制兩臺(tái)不同的變頻器，這就需要變頻器的控制信號(hào)和反饋信號(hào)在不同的電控之間切換。

變頻器的控制信號(hào)和反饋信號(hào)通過電控系統(tǒng)PLC相互傳遞，在電控操作臺(tái)上，有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，并且通過繼電器對(duì)開關(guān)量信號(hào)隔離，保證信號(hào)的可靠性；速度傳感器的信號(hào)直接通過轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換。信號(hào)的轉(zhuǎn)換見圖2。

圖1 一次系統(tǒng)圖

圖2 主、副井之間的控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換

2.3 變頻器說明

主井采用了東芝三菱TMEIC的變頻器，變頻器型號(hào)TMdrive-MVe2-800kVA-10kV/10kV[1]，副井采用了利德華福的變頻器，變頻器型號(hào)為HAR3000-890-1010F[2]，這兩款變頻器均為單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)的電壓源型的四象限變頻器，均具有制動(dòng)能量回饋電網(wǎng)的功能。考慮到用戶未來為了提升生產(chǎn)能力，需要更換更大的絞車，同時(shí)電機(jī)功率升級(jí)至630 kW，兩臺(tái)變頻器都預(yù)留了足夠的余量和過載能力。

3 實(shí)際使用情況

現(xiàn)場(chǎng)在2015年7月半停產(chǎn)狀態(tài)改造主井提升機(jī)電控系統(tǒng)，拆除了原來轉(zhuǎn)子串電阻控制系統(tǒng)，改造了電氣室，按著變頻器和新的電控系統(tǒng)盤柜的要求，重新布置了電纜溝。安裝編碼器時(shí)，在電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端的軸承座圓殼上打孔，軸端通過焊接方式安裝編碼器小軸。編碼器的裝配見圖3。

圖3 編碼器的裝配

在主井改造調(diào)試完成后，開始半停產(chǎn)改造副井變頻驅(qū)動(dòng)電控系統(tǒng)，由于在主井改造過程中獲得了經(jīng)驗(yàn)，副井的改造過程較為順利，唯一的問題是變頻器尺寸較大，需要打通了原來安裝電阻的電氣室和安裝開關(guān)柜電氣室的隔斷墻，將非承重墻拆除一部分，才能達(dá)到安裝變頻器的目的。

3.1 改造前情況

改造前，系統(tǒng)采用兩套獨(dú)立的電控系統(tǒng)，均為轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，在負(fù)載啟動(dòng)加速階段，由電機(jī)拖動(dòng)，通過閘和電機(jī)共同控制負(fù)載的轉(zhuǎn)速；在減速階段，同樣通過電機(jī)和閘共同制動(dòng)來減速，這樣在整個(gè)調(diào)速階段，閘都不同程度的參與了調(diào)速，造成閘瓦磨損迅速，需要定期調(diào)整閘間隙，才能保證系統(tǒng)可靠剎車。電控系統(tǒng)采用真空接觸器換向并通過低壓接觸器切換電阻，因?yàn)閯?dòng)作頻率比較高，所以接觸器故障較多，經(jīng)常造成系統(tǒng)停機(jī)，維護(hù)工作量大。低壓電阻因?yàn)榘l(fā)熱嚴(yán)重，偶爾也有燒壞的情況出現(xiàn)，一旦電阻燒壞，需要冷卻后才能更換新的電阻，一般停機(jī)時(shí)間比較長。以上幾種情況，造成整個(gè)電控系統(tǒng)可靠性不高，每月因?yàn)檫@些問題停機(jī)一到兩次都是比較正常的，且停機(jī)時(shí)間均比較長，一般都要停機(jī)一直兩個(gè)小時(shí)才能完成故障處理。

3.2 改造后的情況

改造完成電控系統(tǒng)互為備用的方式后，現(xiàn)場(chǎng)做了系統(tǒng)可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)，人為制造副井驅(qū)動(dòng)故障，造成副井系統(tǒng)停機(jī)，通過切換系統(tǒng)把主井驅(qū)動(dòng)切換到副井電控系統(tǒng)里，順利完成副井提升循環(huán)；同理又驗(yàn)證了把副井驅(qū)動(dòng)切換到主井電控系統(tǒng)里，完成主井提升機(jī)循環(huán)。通過經(jīng)過多次試驗(yàn)，證明系統(tǒng)完成了改造前預(yù)期的效果。系統(tǒng)改造后，不但完美的實(shí)現(xiàn)了安全要求，而且還帶來如下幾點(diǎn)好處[3-6]。

1)變頻器調(diào)速為無級(jí)調(diào)速，調(diào)速更平滑，降低了對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的沖擊，減少機(jī)械疲勞，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2)變頻器調(diào)速在加速和減速過程中，均不需要抱閘配合控制速度，減小了抱閘的磨損，提高了系統(tǒng)的可靠性。

3)變頻器的加速和減速均為程序控制，一致性非常好，減少了系統(tǒng)循環(huán)周期；運(yùn)行一段時(shí)間后，改成全自動(dòng)開車，提升了提升效率。

4)變頻器在整個(gè)調(diào)速過程中變頻器是按著機(jī)械系統(tǒng)需求輸出能量，沒有轉(zhuǎn)差功率浪費(fèi)在電阻上，在減速和下放過程中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能回饋電網(wǎng)，降低系統(tǒng)能耗。經(jīng)過6個(gè)月記錄電耗，并和去年同期產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)比計(jì)算，平均節(jié)電率在40%以上。

5)變頻器可靠性比較高，而且維護(hù)簡單，一般性故障10 min以內(nèi)都能處理完成，提高了系統(tǒng)的利用效率和可靠性。

4 結(jié) 語

經(jīng)過幾個(gè)月的運(yùn)行，參考設(shè)備廠商的意見，兩臺(tái)絞車已經(jīng)全部改成全自動(dòng)運(yùn)行。全自動(dòng)運(yùn)行，程序控制，提高了操作的一致性，降低了人工誤操作造成的系統(tǒng)停機(jī)，提高了系統(tǒng)的可靠性；全自動(dòng)運(yùn)行，降低了絞車工的工作量；變頻器維護(hù)簡單，降低了維護(hù)工的工作量；提升周期一致性好，提高了提升效率；變頻器運(yùn)行，節(jié)能降耗，降低了提升電耗，按著月平均節(jié)電乘以12計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)近45萬元，按著設(shè)備20年運(yùn)行壽命核算，在設(shè)備生命后期的1/4～1/3時(shí)間就全部收回投資，給企業(yè)帶來效益的時(shí)間達(dá)2/3～3/4的時(shí)間。

因?yàn)閮膳_(tái)絞車參數(shù)一致，所以可以做兩臺(tái)變頻器互為備用的，通過互為備用的回路方式，提高了整個(gè)提升系統(tǒng)的可靠性，降低了設(shè)備故障帶來的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。若兩臺(tái)電機(jī)功率相差較大，不宜采用互為備用的方式。

[1] 東芝三菱電機(jī)工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司. 節(jié)能中壓變頻器TMdrive-MVe2系列[R]. 2016.

[2] 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司. HAR3000系列高壓變頻器產(chǎn)品目錄V1.0[R]. 2014.

[3] 曹永剛，邵賢強(qiáng), 李羽, 等. TMdrive-MVe2 高壓變頻器在本溪思山嶺鐵礦 1800kW/10kV 礦井提升機(jī)上的成功應(yīng)用[J]. 中國礦業(yè), 2015，24(7): 149-151, 156.

[4] 馬永健，王鋼. HARSVERT-FVA系列高壓變頻器在煤礦提升機(jī)的應(yīng)用[J]. 變頻器世界，2009(6): 62-67.

[5] 袁果. 高壓變頻器在礦井提升機(jī)上的應(yīng)用[J]. 變頻器世界，2011(8): 87-90.

[6] 劉福濤. 高壓變頻器在越南礦井提升機(jī)上的應(yīng)用[J]. 變頻器世界，2011(10): 86-89.

The application of high voltage four quadrant VFD on the hoist electric control system two sets driver two motors

DONG Yingzheng
(Hebei Tuojin Mining Co., Ltd., Taihang Iron Mine,Shahe 054000, China)

Hiost is one of the most important transport equipment in mine production.The main shaft and auxiliary shaft hoist of Taihang iron mine before modification. It was motor rotor series resistance speed governing way, which is high energy consumption. Due to the technique is out of state administration of work safety requirements, the field change it into VFD control technology.Since main shaft and auxiliary shaft hoist machine using the same equipment, the hoist applied electric control system-two sets driver two motors standby each other model to improve the reliability and security of the transportation system.

hoist speed adjustment; four quadrant VFD; two sets driver two motors standby each other

2017-01-11

董應(yīng)征(1954-)，男，機(jī)電工程師，中專學(xué)歷，1970年參加工作，從業(yè)于冀中能源股份有限公司，現(xiàn)任河北拓金礦業(yè)有限公司副總經(jīng)理，主管機(jī)電工作。

TD53

A

1004-4051(2017)04-0166-03