摘 要： 本文主要介紹了煤礦提升絞車高壓變頻系統(tǒng)的實(shí)施目的，實(shí)施過程以及其解決的技術(shù)關(guān)鍵。高壓變頻系統(tǒng)采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓提升機(jī)變頻器。該電控系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)表明，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，具有廣闊的市場前景。 關(guān)鍵詞： 絞車； 高壓變頻； 電控系統(tǒng) [align=center]The Application of Coal Mine Hoister High Voltage Inverter Electrically Controlled System in Mine Shaft ZHAO Shu-guo 1 , SUN Feng 2 , JI Sheng-chun 3 , GUO Pei-bin 1 （ Shandong Xinfengguang Electronic Technology Develops Co.,Ltd, Wenshang 272500, China ; 2. Hebei Handan Fengfeng Mining Industry Group Company Kowloon Ore , Handan 056010, China ; 3. Tianjin Jinyoulian Electricity Control Device Limited Company, Tianjin 300020, China ） [/align] Abstract: This article mainly introduces the coal mine hoister high voltage system enforcement purpose, the implementation process as well as the solution technical key. The high voltage inverter system uses the high voltage elevator inverter which Shandong Xinfengguang Electronic Technology Develops Co.,Ltd produces. This electrically controlled system movement experiment indicates , it has achieved the anticipated target, and has the broad market prospect. Key words: hoister; high voltage inverter; electrically controlled system 0 引言 查找國內(nèi)外關(guān)于斜井提升機(jī)調(diào)速電控系統(tǒng)的有關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，煤礦提升機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)一般采用三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)，其調(diào)速方法是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入金屬電阻，用主令控制器逐段切除電阻來達(dá)到加減速和調(diào)速的目的。采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的電控系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的制動(dòng)方式為能耗制動(dòng)，制動(dòng)所產(chǎn)生的能量全部消耗在電阻上。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速屬有級(jí)調(diào)速，開環(huán)控制，調(diào)速范圍小，調(diào)速精度低，爬行速度不易控制，尤其是重物下放時(shí)，需要?jiǎng)恿χ苿?dòng)與轉(zhuǎn)子串電阻及制動(dòng)閘配合操作，司機(jī)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(jī)上的再生電能消耗在轉(zhuǎn)子串接的電阻上，浪費(fèi)了大量的電能，且運(yùn)行維護(hù)量大，維護(hù)費(fèi)用高。還有一種控制方式是變頻控制，但僅限于 660V 或 380V 低壓等級(jí)系統(tǒng)。 目前國內(nèi)外通用變頻技術(shù)，四象限變頻技術(shù)， PLC 絞車電控技術(shù)已很成熟，應(yīng)用已非常廣泛。但 6000V 絞車變頻電控系統(tǒng)未見報(bào)道和應(yīng)用。 據(jù)調(diào)查了解，國內(nèi)外至今沒有適用于我國煤礦井下提升機(jī)的 6000V 絞車變頻電控系統(tǒng)。將 6000V 四象限變頻技術(shù)、 PLC 絞車電控技術(shù)在井下斜井提升機(jī)上進(jìn)行綜合應(yīng)用并滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求，使設(shè)備達(dá)到各項(xiàng)保護(hù)完善的目的是事在必行的，也是礦井斜井提升機(jī)安全、高效提升的有效途徑。 1 技術(shù)關(guān)鍵 （ 1 ）數(shù)字本安電路實(shí)現(xiàn)斜井防爆提升機(jī)的雙線制運(yùn)行。 （ 2 ）將創(chuàng)造單元串聯(lián)多重化技術(shù)的國產(chǎn)高壓變頻器應(yīng)用于礦山提升機(jī)的記錄。 （ 3 ）變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)斜井提升能耗制動(dòng)轉(zhuǎn)為發(fā)電反饋制動(dòng)。 （ 4 ）采用矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)力矩大的目的。 （ 5 ）充分發(fā)揮 PLC 的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化及計(jì)算功能，使提升機(jī)具有更完善的軟硬件保護(hù)功能，各主要保護(hù)實(shí)現(xiàn)雙線制。 （ 6 ）滿足提升機(jī)頻繁起停要求。 （ 7 ）滿足井下100%的濕度要求。 2 項(xiàng)目實(shí)施情況 （ 1）現(xiàn)有技術(shù)及基礎(chǔ)條件 峰峰集團(tuán)九龍礦是年設(shè)計(jì)能力 120 萬噸的礦井 , 目前開采一水平煤層 , 正在為二水平開采做開拓延伸工程 。 高壓變頻器在風(fēng)機(jī)、泵類應(yīng)用已經(jīng)比較成熟 ,PLC技術(shù)和低壓變頻器在提升機(jī)的應(yīng)用也日趨成熟。 （2） 現(xiàn)場設(shè)備情況 峰峰集團(tuán)九龍礦井下南二絞車環(huán)境惡劣，電控系統(tǒng)改造時(shí)，正值夏日，井下霧氣大，車房潮濕度極高；同時(shí)受我礦矸石電廠影響，電壓波動(dòng)范圍高達(dá) 5700V-6800V ，南二坡巷道破壞嚴(yán)重， 6KV 提升絞車四象限高壓變頻電控系統(tǒng)能否適應(yīng)如此惡劣的環(huán)境，經(jīng)受住工業(yè)性試驗(yàn)的考驗(yàn)，是三方攻關(guān)人員面臨的挑戰(zhàn)。經(jīng)過三方共同的努力，解決了實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，使絞車的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，絞車達(dá)到了改造的目標(biāo)。 · 南二車運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境條件 型號(hào) JK-2K 主電機(jī)功率 240KW 額定電壓 : 三相 AC6KV 最大速度 4m /s 斜坡長度 930m 該絞車承擔(dān)九龍礦井下南二地區(qū)物料、人員、設(shè)備的運(yùn)輸任務(wù)，負(fù)荷在 15 噸范圍內(nèi)無規(guī)律變化，南二軌道坡有 7 個(gè)片口，絞車啟動(dòng)停止頻繁。 （3） 6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng) 6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng)主要有變頻器、操作臺(tái)和傳感器。現(xiàn)分述如下： ①新風(fēng)光電子公司 JD-BP37 型高壓提升變頻調(diào)速器 JD-BP37 型高壓提升變頻調(diào)速器采用新型 IGBT 為主控器件，全數(shù)字化，彩色液晶觸摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用先進(jìn)的矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)完成提升機(jī)的四象限運(yùn)行，用于鼠籠式電機(jī)或繞線式轉(zhuǎn)子串電阻電機(jī)控制，即可用于新礦井安裝，也可用于老礦井改造。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(xiàn)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(yuǎn)低于國標(biāo)規(guī)定。高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖 1 示 . 。功率單元電路結(jié)構(gòu) 2示。 [align=center] 圖 1 高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Fig.1 high voltage promotion inverter system structure drawing 圖 2功率單元電路結(jié)構(gòu) Fig.2 power unit electric circuit structure[/align] 高壓提升變頻器是整個(gè)電控系統(tǒng)的一個(gè)核心部分，它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。它接受電控系統(tǒng)的操作命令，包括開停機(jī)、正反轉(zhuǎn)、抱閘信號(hào)及速度命令，按照操作命令進(jìn)行，同時(shí)它又將運(yùn)行狀態(tài)，包括工作頻率、電機(jī)電流、電源電壓、電流及故障信息隨時(shí)送給電控系統(tǒng)。變頻器本身又將工作信號(hào)及工作狀態(tài)自動(dòng)記錄以備查閱。變頻器的所有輸入、輸出接口均進(jìn)行了隔離，也避免對(duì)變頻器引入干擾。 經(jīng)過研究，決定選用我山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 JD-BP37-300T 高壓提升變頻器對(duì)該絞車電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 ·新風(fēng)光電子公司 JD-BP37-300T 高壓提升變頻器主要性能指標(biāo) 變頻器功率 300KW 額定輸出電流 36A 輸入頻率 50Hz ± 5Hz 額定輸入電壓 6KV 允許電壓波動(dòng) ±20% 輸入功率因數(shù) ≥ 0.98 輸出頻率范圍 0～50Hz 輸出電壓范圍 0～6KV 頻率分辨率 0 .01Hz 加速時(shí)間 可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定 減速時(shí)間 可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定 變頻器效率 ≥96% 操作鍵盤 中文彩色液晶觸摸屏 界面語言 簡體中文 過載能力 100% 連續(xù) 160% 連續(xù) 1min 220% 允許 1.5S 可提供直流制動(dòng) 、回饋制動(dòng)等多種制動(dòng)方式。 可滿足電動(dòng)機(jī)的四象限工作要求。 ② 操作臺(tái)（雙 PLC 系統(tǒng)和中間繼電器） 操作臺(tái)上設(shè)有各種工況顯示設(shè)備，以彩色液晶顯示屏為主要顯示設(shè)備，可以觀察 PLC 運(yùn)行情況，各外部接點(diǎn)動(dòng)作狀態(tài)， 各模擬量回路狀態(tài)等，更加方便維修工作。同時(shí)還具有必要的開關(guān)量、模擬量的數(shù)字顯示，可以獨(dú)立提供必要的提升數(shù)據(jù)，其中包括：安全回路指示燈，油壓數(shù)字顯示液壓表，減速、故障聲光報(bào)警顯示，高、低壓表 , 電流表等。 ③ 各種傳感器。 3 6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng)電氣保護(hù)實(shí)驗(yàn) 該系統(tǒng)具有以下幾種保護(hù)： （ 1 ）立即安全自動(dòng)故障：該類故障綜合在硬軟件安全電路中。安全電路正常時(shí)吸合，有緊急故障時(shí)釋放。一旦安全電路釋放，就會(huì)立即封鎖變頻器，跳制動(dòng)油泵，并控制油壓系統(tǒng)電磁閥實(shí)施安全制動(dòng)，抱安全閘。主要的安全制動(dòng)故障有： ① 轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)故障：如主回路和控制回路電源故障 , 主電機(jī)過溫、堵轉(zhuǎn) , 變頻器故障等。 ② 過卷故障。 ③ 超速故障：如等速、超速 , 減速段定點(diǎn)超速和連續(xù)超速等。 ④ 緊急故障。 ⑤ 液壓制動(dòng)系統(tǒng)故障：如制動(dòng)油泵跳 , 系統(tǒng)油壓高等。 ⑥ 錯(cuò)向。 ⑦ 測速機(jī)、軸編碼器斷線（深指斷軸） ⑧ 松繩故障。 （ 2 ）先電氣制動(dòng)、后安全制動(dòng)故障：這類故障發(fā)生后，轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行減速，當(dāng)速度降到爬行速度時(shí)會(huì)立即轉(zhuǎn)為緊急制動(dòng)。這類故障主要有：事故停車，閘瓦磨損。 （ 3 ）完成本次開車后、不允許再次開車故障：開車前如出現(xiàn)這類故障，則開不起車；如在運(yùn)行過程中出現(xiàn)，則允許本次開車完成，但不允許下次開車，除非故障解除后。這類故障主要有指電機(jī)過溫報(bào)警 , 液壓站油溫過高等。 我們進(jìn)行了過卷、超速、錯(cuò)向、編碼器斷線、松繩、過載、欠壓、缺相、閘瓦磨損等保護(hù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果各項(xiàng)保護(hù)均能可靠動(dòng)作，且顯示靈敏正確，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 4 6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)記錄 在電控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程中，我們對(duì)絞車的運(yùn)行狀況進(jìn)行了連續(xù)的監(jiān)測記錄，主要有以下幾個(gè)方面。 （ 1 ） 6KV 絞車高壓變頻電控系統(tǒng)在環(huán)境潮濕度極大的情況下，連續(xù)安全運(yùn)行 8 個(gè)月無事故。 （ 2 ）絞車高壓變頻電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了四象限連續(xù)安全運(yùn)行。我們特別對(duì)下放重物的過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，下放 6 個(gè)砟罐時(shí)，速度最大時(shí)（ 4m/s ）時(shí)的電流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如下表 5 示： [align=center]表 1 電流統(tǒng)計(jì)表 Tab.1 table of electric current statistical [/align] （ 3 ） 6KV 絞車高壓變頻電控系統(tǒng)能夠適應(yīng)絞車頻繁啟動(dòng)停止的工況要求。九龍礦井下南二坡有 7 個(gè)片口，需要上下人員、物料、設(shè)備等，每天開車可達(dá) 60 多勾，經(jīng)過 8 個(gè)月的運(yùn)行無事故，證明該系統(tǒng)能滿足絞車頻繁啟動(dòng)停止的工況要求。 （ 4 ） 6KV 絞車高壓變頻電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，在 2005 年 12 月份的九龍礦南翼 220 工作面安裝，綜采支架運(yùn)輸過程中，由于軌道坡條件惡劣，出于安全考慮，需要絞車低速運(yùn)行，變頻絞車電控系統(tǒng)充分發(fā)揮其低速時(shí)可大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行的特點(diǎn)，既安全又高效地完成了支架運(yùn)輸任務(wù)。 （ 5 ）在實(shí)驗(yàn)過程中，絞車啟動(dòng)平穩(wěn)，加速過程正常 。 絞車運(yùn)行過程中，司機(jī)通過主令手把調(diào)整變頻器的輸出頻率 , 實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，減速點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)減速，停車平穩(wěn)。 5 6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng)運(yùn)行整體情況和結(jié)論 6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng)于 2005 年 8 月在九龍礦投入工業(yè)運(yùn)行，至今設(shè)備運(yùn)行良好，工作可靠，大大提高了系統(tǒng)的安全性能，降低了電耗及維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了絞車安全高效的目的。 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng) 具有控制性能優(yōu)良 、操作簡便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟與能源節(jié)約要求的必然趨勢，它正成為礦山提升機(jī)傳動(dòng)的發(fā)展方向。 據(jù)統(tǒng)計(jì)全國大型煤礦 1000 家以上，若在全國煤礦絞車上推廣，經(jīng)濟(jì)效益更加可觀，該系統(tǒng)具有廣闊的市場前景。 作者簡介： 趙樹國（ 1978－），男，2002年畢業(yè)于海軍大連艦艇學(xué)院，現(xiàn)在山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司技術(shù)部負(fù)責(zé)高壓變頻器的工作。