五陽煤礦主井提升機(jī)電控系統(tǒng)改造

0 引言

五陽煤礦主井提升機(jī)型號為JKM-3.25伊4(域)C，提升容器型號為JDS-12/110伊4 型多繩12 t 箕斗;拖動設(shè)備選用YR800-12/1430 型電機(jī)，雙機(jī)拖動。五陽煤礦主井提升系統(tǒng)于1991年進(jìn)行過一次大規(guī)模的技術(shù)改造，整套提升機(jī)設(shè)備全部更換，由6 t 箕斗更換為12 t 箕斗，井塔、井筒裝備全部進(jìn)行加固，其承載能力已基本達(dá)到極限。因此，增加提升能力的前提條件是在現(xiàn)有大型設(shè)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高電控系統(tǒng)的控制性能和可靠性，使提升系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備的潛在能力得以充分發(fā)揮。

1 原電控系統(tǒng)概況及存在的問題

五陽煤礦主井提升機(jī)原電控系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、低頻減速、低頻拖動。原采用的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，以晶閘管控制各段電阻的投切，加速時間長達(dá)11.5 s左右;低頻減速時間達(dá)到9.66 s;低頻爬行以0.45 m/s 速度運(yùn)行，爬行時間長達(dá)32.8 s左右。

原電控系統(tǒng)存在的最主要問題是：

1)減速爬行段時間過長，爬行段距離為16.4 m，約需要32.8 s;

2)原電控系統(tǒng)在減少爬行時間、提高產(chǎn)量方面已無法達(dá)到要求。

同時原電控系統(tǒng)所采用的調(diào)速方式存在以下缺陷和問題：

1)轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能造成巨大的能源浪費(fèi);

2)電阻只能分級切換，實(shí)現(xiàn)的是有級調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)易引起電氣及機(jī)械沖擊，起動時電機(jī)的沖擊電流達(dá)400 A;

3)低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，啟動電流和換擋電流沖擊大;

4)中高速運(yùn)行時系統(tǒng)振動大，制動既不安全又不可靠。

2 技術(shù)改造原則與方案

2.1 技術(shù)改造總原則

1)采用四象限大功率高壓變頻器實(shí)現(xiàn)同步驅(qū)動2臺800 kW主傳動電動機(jī)。

2)原電控系統(tǒng)保留，可獨(dú)立運(yùn)行。

3)電控系統(tǒng)的改造依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》進(jìn)行。

2.2 技術(shù)改造方案

技術(shù)改造方案具體內(nèi)容為：將現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子串電阻的轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速方式改為變頻變壓的轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速方式;采用專用高壓變頻器實(shí)現(xiàn)。

該高壓變頻器采用性能優(yōu)良、技術(shù)成熟、安全可靠的輸入隔離變壓器-H 橋單元串聯(lián)多電平技術(shù)方案。由電網(wǎng)送來的三相6 kV交流電經(jīng)過隔離移相變壓器供給每相4 個共12 個IGBT 功率單元，每相上的4個功率單元輸出的PWM波相疊加后，三相采用Y 形連接，形成了線電壓為6 kV 的高質(zhì)量的正弦波輸出，供給提升機(jī)的電動機(jī)。

通過控制此輸出給提升機(jī)電機(jī)的正弦波的電壓幅值和頻率來控制絞車電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到按系統(tǒng)要求來控制提升機(jī)的提升速度。

3 性能分析

1)對系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造后單次提升循環(huán)時間由120 s縮短至90~100 s，大幅度提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了五陽礦進(jìn)一步提高產(chǎn)量的目標(biāo)。

2)提高主井提升機(jī)的效率，實(shí)現(xiàn)噸煤節(jié)電量不低于25%的目標(biāo)。

將現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子串電阻的轉(zhuǎn)差功率消型調(diào)速方式改為變頻變壓的轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速方式后，在正常工況下，現(xiàn)有的大功率調(diào)速電阻群將不再使用。如果保持目前生產(chǎn)條件不變，噸煤耗電量將下降25%。

3)提高了功率因數(shù)，降低了無功功率。由于采用了先進(jìn)的隔離移相變壓器技術(shù)和電壓源型IGBT 逆變技術(shù)，在克服了傳統(tǒng)變頻器對電網(wǎng)的諧波干擾的同時，主傳動系統(tǒng)的功率因數(shù)將由目前的0.89 提高到0.96 以上，大大提高了設(shè)備對電網(wǎng)容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。

4)提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性。技術(shù)改造完成后，由于在正常工況下不再使用大功率調(diào)速電阻群，也不使用切換電阻用的接觸器，較大幅度地減少了電氣和機(jī)械故障對生產(chǎn)的影響。

由于電壓和頻率均連續(xù)可調(diào)，電動機(jī)的起動電流可得到有效控制，轉(zhuǎn)矩沖擊將不再存在，這將明顯地減少當(dāng)前的有級調(diào)速系統(tǒng)容易出現(xiàn)的齒輪

箱和鋼絲繩等設(shè)備的機(jī)械故障。

由于減速過程由電力制動取代了原來的低頻制動，制動效果更好，尤其使爬行速度按要求的速度圖嚴(yán)格控制，從而更加安全。

5)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化提升，無需人工操作;同時具有自動和半自動選擇。

6)加減速速度曲線為“S”型曲線，曲線平滑無拐點(diǎn)，起停車時平穩(wěn)無抖動、制動平穩(wěn)，對機(jī)械設(shè)備無任何沖擊。

7)變頻系統(tǒng)對電網(wǎng)的諧波干擾低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

8)改造后系統(tǒng)可在0 m/s至全速范圍內(nèi)的任意速度下連續(xù)重載安全運(yùn)行。

4 經(jīng)濟(jì)效益與社會效益

改造后，新系統(tǒng)的一次提升循環(huán)時間縮短為90~100 s，考慮煤質(zhì)等因素，我們?nèi)?00 s，新系統(tǒng)1 h將比原系統(tǒng)平均多提5 斗煤，一天工作20 h，每斗煤按10 t計(jì)算，一天將增加產(chǎn)量1 000 t。按年工作330 天，噸煤按400 元計(jì)算，每年將增加銷售收入為330伊1 000伊400=13 200萬元。按銷售收入的40%作為利潤計(jì)算，一年新增利潤13 200伊0.4=5 280萬元。

綜上所述，高壓變頻技術(shù)具有良好的節(jié)能效果，在降低企業(yè)生產(chǎn)成本的同時，也積極響應(yīng)了國家倡導(dǎo)的節(jié)能降耗要求，具有很好的示范作用。