1、用戶(hù)情況

烏海能源有限責(zé)任公司隸屬于神華集團(tuán)，成立于2008年，是一個(gè)集焦煤生產(chǎn)、洗選、焦化、煤化工及矸石發(fā)電為一體的多元化新型能源企業(yè)，也是目前內(nèi)蒙古最大的焦煤生產(chǎn)基地。

利民煤焦公司座落在鄂爾多斯高原、鄂托克草原邊陲的棋盤(pán)井鎮(zhèn)。擁有設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為60萬(wàn)噸的礦井、240萬(wàn)噸洗煤廠、60萬(wàn)噸焦化廠以及2×6MW焦?fàn)t煤氣發(fā)電廠各一座。煤礦資源儲(chǔ)量為11061萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量為6212萬(wàn)噸，利民煤礦堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，大力實(shí)施“科技興礦”發(fā)展戰(zhàn)略，通過(guò)加快生產(chǎn)布局調(diào)整、實(shí)施科技自主創(chuàng)新、加大安全基礎(chǔ)投入、著力打造“生態(tài)型礦山、花園式企業(yè)”。

在礦井的各動(dòng)力設(shè)備中，提升機(jī)系統(tǒng)是最為重要、耗能最大的設(shè)備。提升機(jī)運(yùn)行的可靠性直接影響礦井的產(chǎn)能，直接關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)水平。長(zhǎng)期以來(lái)，礦用提升機(jī)普遍使用繞線(xiàn)式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行調(diào)速控制，該方法成本較低，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，電機(jī)電流大，能耗高，控制電路復(fù)雜，接觸器、電阻器、繞線(xiàn)電機(jī)電刷等容易損壞，直接影響到企業(yè)產(chǎn)能和安全生產(chǎn)水平。隨著國(guó)內(nèi)變頻器技術(shù)的逐漸成熟，越來(lái)越多的煤礦開(kāi)始采用變頻器作為礦用提升絞車(chē)的控制設(shè)備，經(jīng)過(guò)利民煤礦領(lǐng)導(dǎo)的考察，反復(fù)對(duì)比，決定采用新風(fēng)光電子科技股份有限公司的生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-500T型高壓變頻器拖動(dòng)礦用主井絞車(chē)。拖動(dòng)電機(jī)參數(shù)表1所示，提升機(jī)現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示，

圖1提升機(jī)現(xiàn)場(chǎng)圖

2、風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻調(diào)速器介紹

此次變頻改造選用1臺(tái)JD-BP38-500T型高壓變頻器，額定電壓10kV，額定電流36A，額定功率500kW。

JD-BP38-T系列高壓變頻器是新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的提升機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，該產(chǎn)品被列為國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目，榮獲國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品、山東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)，被列入國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄名單，獲科技部中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目資助。該系統(tǒng)以高速DSP（TMS320F2812）為控制核心，結(jié)合先進(jìn)的無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)，融合了先進(jìn)的能量回饋技術(shù)，以及可靠的lGBT大電流驅(qū)動(dòng)技術(shù)，是新一代高性能完美無(wú)諧波高壓變頻調(diào)速產(chǎn)品的典型代表。矢量控制功能使得異步電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)好，調(diào)速精度高。能量回饋技術(shù)的應(yīng)用，使得功率單元串聯(lián)型高壓變頻器具備了四象限運(yùn)行能力，能量可以在電網(wǎng)和電機(jī)之間雙向流動(dòng)。

矢量控制技術(shù)原理如圖2所示。

圖2矢量控制技術(shù)原理框圖

風(fēng)光牌高壓提升機(jī)變頻器，即可用于鼠籠式電機(jī)也可用于繞線(xiàn)式電機(jī)，即可用于新礦井配套安裝，也可用于老礦井改造。風(fēng)光10kV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10kV高壓提升變頻器，變壓器有24組付邊繞組，每相分為8個(gè)功率單元，三相共24個(gè)單元，采用48脈沖整流，輸入端的諧波成分遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)規(guī)定。

JD-BP38-T系列提升機(jī)高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由旁路柜、變壓器柜、功率柜和控制柜組成，高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。功率單元電路如圖4所示。

圖3高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4功率單元電路結(jié)構(gòu)

控制器核心由高速32位芯片運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。PLC控制器用于柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性?？刂破骷案骺刂茊卧逯胁捎孟冗M(jìn)的單片機(jī)等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統(tǒng)具有極高的可靠性。此外還有一個(gè)CPU，負(fù)責(zé)管理LED顯示屏和鍵盤(pán)。

另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨(dú)立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

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。它接受操作臺(tái)電控系統(tǒng)的操作命令，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，依據(jù)用戶(hù)要求連接打印設(shè)備，每班數(shù)據(jù)打印，形成設(shè)備報(bào)表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進(jìn)行了隔離，避免對(duì)變頻器引入干擾。當(dāng)電機(jī)處于負(fù)力提升時(shí)，變頻器實(shí)時(shí)檢測(cè)進(jìn)行能量回饋電網(wǎng)。

3、改造中的變頻器與電控系統(tǒng)的配合

高壓提升機(jī)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。配合自動(dòng)控制的操作臺(tái)運(yùn)行時(shí)，電控臺(tái)向變頻器發(fā)出“正轉(zhuǎn)運(yùn)行”、“反轉(zhuǎn)運(yùn)行”和“變頻急停”三路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，以及一路4～20mA“給定轉(zhuǎn)速”信號(hào)。變頻器向電控臺(tái)發(fā)出“變頻器待機(jī)”、“變頻器故障”和“安全回路”三路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，以及用于顯示的模擬量輸出信號(hào)。電控臺(tái)控制高壓斷路器分、合閘，分別連入相應(yīng)的控制回路中。絞車(chē)上安裝的軸編碼器向電控臺(tái)發(fā)出電機(jī)轉(zhuǎn)速及絞車(chē)位置信號(hào)。電控臺(tái)接受絞車(chē)司機(jī)的操作指令。如圖5所示。

圖5變頻器與現(xiàn)場(chǎng)接口

變頻器執(zhí)行電控系統(tǒng)的指令，完成啟動(dòng)、停止及其加減速的動(dòng)作。當(dāng)制動(dòng)手柄與主令手柄推離零位后，經(jīng)過(guò)可編程控制器的運(yùn)算發(fā)出模擬量（電流源）信號(hào)作為高壓變頻器的模擬輸入給定，同時(shí)發(fā)出“正轉(zhuǎn)運(yùn)行”或“反轉(zhuǎn)運(yùn)行”指令，高壓變頻器接收到電控臺(tái)發(fā)出的指令，按照根據(jù)絞車(chē)速度曲線(xiàn)圖設(shè)定好的加速時(shí)間進(jìn)行升速。隨著高壓變頻器輸出頻率由最低升至最高后，提升機(jī)進(jìn)入高速段。當(dāng)提升容器運(yùn)行至減速點(diǎn)時(shí)，電控臺(tái)通過(guò)輸入給定控制變頻器，變頻器依據(jù)設(shè)定好的減速時(shí)間逐漸由最高頻率向設(shè)定的爬行速度對(duì)應(yīng)的頻率降速，提升機(jī)從高速階段進(jìn)入減速段運(yùn)行。當(dāng)前速度降至爬行速度時(shí)，提升機(jī)進(jìn)入到低速段運(yùn)行，并保持該速度。提升容器運(yùn)行到卸載位置時(shí)，電控臺(tái)進(jìn)行抱閘操作，同時(shí)發(fā)出“變頻器急停”指令，至此完成一次提升過(guò)程。

整個(gè)提升機(jī)系統(tǒng)中設(shè)有深度指示失效、限速、過(guò)卷、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)油過(guò)壓、閘瓦磨損、松繩、速度監(jiān)視、制動(dòng)油超溫、潤(rùn)滑油超壓欠壓、變頻器的輕重故障等保護(hù)功能。系統(tǒng)能根據(jù)故障性質(zhì)做出響應(yīng)，必要時(shí)實(shí)施緊急制動(dòng)，確保設(shè)備及人員的安全。

4、絞車(chē)變頻控制運(yùn)行情況

經(jīng)過(guò)設(shè)備的各項(xiàng)功能和參數(shù)的調(diào)試，設(shè)備各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，完全滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，設(shè)備運(yùn)行至今正常2年多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，節(jié)電率達(dá)20%左右，保障了煤礦的正常生產(chǎn)。

主井絞車(chē)采用變頻控制后，整個(gè)提升機(jī)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：系統(tǒng)具有更完善的軟硬件保護(hù)環(huán)節(jié)；實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的真正軟啟動(dòng)；實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，可在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)任意調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)轉(zhuǎn)差沖擊。提升操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)繩、手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)運(yùn)行；除常規(guī)的保護(hù)外，還具有深度指示器斷軸（斷線(xiàn)）保護(hù)、減速點(diǎn)后備保護(hù)、錯(cuò)向保護(hù)、給定方向記憶保護(hù)、二級(jí)制動(dòng)解除保護(hù)、減速段超速保護(hù)、自動(dòng)換向等功能；系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)提升機(jī)運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控，對(duì)提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的參數(shù)及可能危及提升機(jī)正常運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并具有故障顯示、報(bào)警功能；耗電量也大大降低，節(jié)能效果非常顯著。電控系統(tǒng)應(yīng)用靈活、運(yùn)行穩(wěn)定，大大提高了提升機(jī)的安全運(yùn)行，減少維護(hù)工作量，縮短了提升時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

5、結(jié)束語(yǔ)

煤礦生產(chǎn)是一個(gè)高耗能行業(yè)，高壓變頻技術(shù)的迅速發(fā)展為煤礦行業(yè)的節(jié)能降耗提供了一個(gè)非常有利的契機(jī)。新風(fēng)光電子公司是國(guó)內(nèi)最早的從事提升機(jī)變頻器研究的專(zhuān)業(yè)廠家，風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻器填補(bǔ)了單元串聯(lián)式多電平高壓變頻器不能四象限運(yùn)行的國(guó)內(nèi)空白，產(chǎn)品技術(shù)具國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，風(fēng)光牌高壓提升機(jī)變頻器將為煤炭等礦山型企業(yè)的節(jié)能降耗提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持和保障。

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