摘 要：本文介紹了高壓變頻器在礦山提升機上的應用情況, 對高壓提升變頻調速系統改造過(guò)程及效果作了論述。

　　1 用戶(hù)簡(jiǎn)介

　　雄山煤炭有限公司是長(cháng)治市長(cháng)治縣一家集體企業(yè)，公司下轄二個(gè)礦井，是產(chǎn)、供、銷(xiāo)統一管理，人、財、物統一調配的緊密型經(jīng)濟實(shí)體，是長(cháng)治縣重點(diǎn)骨干企業(yè)，是長(cháng)治縣利稅大戶(hù)之一，煤炭年生產(chǎn)能力130余萬(wàn)噸，2006年利稅超過(guò)1.3億元。長(cháng)治縣雄山煤礦屬于雄山煤炭有限公司礦井之一，位于長(cháng)治縣西南角，是該縣重點(diǎn)煤炭企業(yè)之一,位于207國道和長(cháng)晉高速路西,2002年投產(chǎn)。選用的洛陽(yáng)礦山機械廠(chǎng)生產(chǎn)的絞車(chē)，年產(chǎn)煤量80萬(wàn)噸，屬于二輕局管轄的國營(yíng)集體煤礦，屬于縣第三大煤礦。

　　2 提升絞車(chē)改造前設備情況

　　副井提升絞車(chē)選用洛陽(yáng)礦山機械廠(chǎng)1984年生產(chǎn)的提升機。滾筒直徑是2.5米，直井，雙罐籠。主要作為人員及輔料的運輸，啟動(dòng)頻繁，負載變化范圍大。主要設備參數如下：

　　電機參數 減速機參數

　　型號：JRQ1410——-10 型號：ZHIR—130K

　　轉速：590轉/分 數比：30：1

　　功率：200KW 最大輸入轉速：750轉/分

　　頻率：50Hz 最大輸出扭矩：18000公斤·米

　　定子電壓：6000V 重量：11950公斤

　　轉子電壓：511V 編號：84——-044

　　定子電流：27A 生產(chǎn)日期：1984年

　　轉子電流：248A 生產(chǎn)廠(chǎng)家：洛陽(yáng)礦山機器廠(chǎng)

　　生產(chǎn)廠(chǎng)家：江西電機廠(chǎng)

　　調速方式為轉子串電阻調速，電動(dòng)機轉子串電阻調速系統的調速屬有級調速，調速范圍受限，調速精度低，爬行速度不易控制，尤其是重物下放時(shí)，需要動(dòng)力制動(dòng)與轉子串電阻及制動(dòng)閘配合操作，司機不易控制，安全性能差。在減速時(shí)和下放重物時(shí)，投入動(dòng)力制動(dòng)，不僅消耗外加直流電能，而且還將電動(dòng)機上的再生電能消耗在轉子串接的電阻上，浪費了大量的電能，且運行維護量大，維護費用高，司機操作難度大，勞動(dòng)強度大。改造提升機用變頻器是在原提升機電控系統的基礎上，用變頻調速系統替代原工頻調速系統，同時(shí)保留工頻調速系統，使兩套系統互為備用，增加系統運行的可靠性。經(jīng)礦方多方面考察，公開(kāi)招標，山東新風(fēng)光生產(chǎn)的JD-BP37-280T型高壓變頻器提升系統中標勝出?！?/P>

　　3 新風(fēng)光高壓提升機變頻器系統的特點(diǎn)

　?。?）JD-BP37—280T型高壓提升變頻調速器采用西門(mén)子IGBT為主控器件，采用先進(jìn)的矢量控制變頻調速技術(shù)，以DSP單片機為核心，精心巧妙科學(xué)的程序邏輯，以彩色液晶觸摸屏為人機對話(huà)界面，科學(xué)人性化的界面語(yǔ)言，全中文的語(yǔ)言顯示，便于操作及查詢(xún)。高可靠性、易操作、高性能的四象限運行的高壓提升機變頻器，即可用于鼠籠式電機也可用于繞線(xiàn)式電機，即可用于新礦井安裝，也可用于老礦井改造。新風(fēng)光高壓提升變頻器，采用若干個(gè)低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現直接高壓輸出，所用的6KV高壓提升變頻器，變壓器有18組付邊繞組，每相分為6個(gè)功率單元，三相共18個(gè)單元，采用36脈沖整流，輸入端的諧波成分遠低于國標規定。高壓提升變頻器系統結構圖如下圖1示。功率單元電路結構2示。

圖1 高壓提升變頻器系統結構圖



圖2 功率單元電路結構

　　高壓提升變頻器是整個(gè)電控系統的一個(gè)核心部分，它具有與電控系統相適配的各種接口。它接受操作臺電控系統的操作命令，包括開(kāi)停機、正反轉、抱閘信號及速度命令，急停命令，安全回路啟動(dòng)，按照操作命令進(jìn)行，同時(shí)它又將運行狀態(tài)，包括工作頻率、電機電流、電源電壓、電流及故障信息隨時(shí)送給電控系統。變頻器本身又將工作信號及工作狀態(tài)自動(dòng)記錄以備查閱，依據用戶(hù)要求連接打印設備，每班數據打印，形成設備報表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進(jìn)行了隔離，避免對變頻器引入干擾。當電機處于負力提升時(shí)，變頻器實(shí)時(shí)檢測進(jìn)行能量回饋電網(wǎng)。

　?。?）操作臺（雙PLC系統和中間繼電器）

　　操作臺上設有各種工況顯示設備，以彩色液晶觸摸屏為主要顯示設備，顯示各外部接點(diǎn)動(dòng)作狀態(tài)， 各模擬量回路狀態(tài)等，視覺(jué)更加直觀(guān)，便于維護保養工作。同時(shí)還具有必要的開(kāi)關(guān)量、模擬量的數字顯示，可以獨立提供必要的提升數據，其中包括：安全回路指示燈，油壓數字顯示液壓表，減速、故障聲光報警顯示，高、低壓表,電流表等?？刂苹芈芳扔杏|摸屏軟節點(diǎn)控制，減少按鈕及繼電器觸點(diǎn)的維護量，又有繼電器線(xiàn)路硬接點(diǎn)的控制，應急備用。雙PLC及雙控制回路的操作臺系統更加經(jīng)濟安全可靠。

　　4 改造過(guò)程

　　經(jīng)礦方依據生產(chǎn)情況確定設備改造時(shí)間定于2008年9月中旬進(jìn)行。為不大面積影響煤礦生產(chǎn)，把輔料預先下放到位，間歇性停機改造。改造順序如下:

　?。?）先把變頻器安裝到位，初步調試正常。

　?。?）然后進(jìn)行主回路線(xiàn)路改造，主回路改造原理圖如下：

圖3 主回路圖

　　圖3中K1、K2、K3為三臺高壓隔離開(kāi)關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K1、K3與K2采用電磁互鎖操動(dòng)機構，實(shí)現電磁和機械互鎖。K4為轉子側雙擲開(kāi)關(guān)，變頻運行時(shí)，K4切換到變頻側，繞線(xiàn)電機轉子線(xiàn)圈經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān)K4后處于短接狀態(tài);工頻運行時(shí)，K4切換到工頻側，繞線(xiàn)電機轉子線(xiàn)圈經(jīng)K4接至原調速電阻裝置。當K1、K3閉合，K2斷開(kāi)，K4切換到變頻側，電機變頻運行;當K1、K3斷開(kāi)，K2閉合，K4切換到工頻側，電機工頻運行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護和調試。另外，為了保證安全，變頻器高壓連跳信號和上一級的高壓斷路器也實(shí)現互鎖，變頻器高壓連跳串入上一級高壓斷路器的脫扣線(xiàn)圈，變頻器出現故障時(shí)，上一級的高壓斷路器斷開(kāi)，實(shí)現高壓故障連跳功能。

　?。?）再進(jìn)行操作臺的固定安裝，連接操作臺與變頻器之間的連線(xiàn)，調試操作臺與變頻器的信號傳遞，正常后把變頻器和操作臺聯(lián)入到原操作系統中統調，帶重載調試這是改造中的重點(diǎn)部分。整個(gè)改造工程流程圖如下：

圖4 改造流程圖

　?。?）高壓變頻調速提升系統可以實(shí)現提升絞車(chē)的自動(dòng)運行和手動(dòng)運行兩種方式：

　?、僮詣?dòng)運行方式

　　正常工作狀態(tài)下，利用變頻器及操作臺內PLC豐富的編程控制能力，通過(guò)設置適當的參數，變頻器完全實(shí)現自動(dòng)化運行，極大地提高了提升機的運行效率及運行安全，大大降低了司機操作工的勞動(dòng)強度。自動(dòng)運行速度圖如下：

圖5 自動(dòng)運行方式

　　圖5中，以正轉為例，開(kāi)機時(shí)低速爬行時(shí)間t1、收到減速信號后減速動(dòng)作時(shí)間t2、中速運行時(shí)間t3、停機前爬行時(shí)間t4根據現場(chǎng)情況可以自由設置。提升機運行過(guò)程中，除開(kāi)、停機外，可以不需要人工干預。

　?、?手動(dòng)運行方式

　　手動(dòng)和自動(dòng)運行方式可在操作臺進(jìn)行選擇，特殊負載運行需要的情況下可用手動(dòng)方式，操作者通過(guò)主今控制器控制電機轉速，以實(shí)現電機的爬行、加速、減速、恒速運行，但在系統給出減速信號后，為保證整個(gè)系統安全，變頻器仍然會(huì )啟動(dòng)機內自動(dòng)減速程序。

　　5 現場(chǎng)應用情況及運行效果

　　雄山煤礦提升機變頻設備改造工程調試一次成功，變頻器已經(jīng)平穩運行近一年時(shí)間。使用變頻提升調速系統后有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）變頻系統無(wú)需原電控調速用的交流接觸器及調速電阻，提高了系統的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境及勞動(dòng)強度，使噪音及室溫降低。

　?。?）調速連續方便，連續平滑調節。

　?。?）實(shí)現了低頻低壓的軟起動(dòng)和軟停止，使運行更加平穩，機械沖擊小。

　?。?）啟動(dòng)及加速過(guò)程沖擊電流小，加速過(guò)程中最大電流不超過(guò)1.3倍的額定電流，提升機在重載下從低速平穩無(wú)級平滑的升至最高速，沒(méi)有大電流出現，減小了對電網(wǎng)的沖擊。

　?。?）采用回饋制動(dòng)技術(shù)，成功解決了位能負載再生發(fā)電能量處理問(wèn)題，保證了變頻器的安全運行。

　?。?）節能效果顯著(zhù)。據實(shí)測，在低速段節能明顯，一般可達到37%以上。

　　鑒于風(fēng)光高壓提升變頻系統改造的良好效果，同期改造的主井提升系統也采用我公司生產(chǎn)的高壓變頻器。