對(duì)梁北煤礦副井電控變頻改造技術(shù)方案的研究

[摘 要]副井提升系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，梁北煤礦原有的電控系統(tǒng)不僅能耗高，而且運(yùn)行時(shí)故障多、維護(hù)量大。本文針對(duì)梁北煤礦副井提升系統(tǒng)存在的問(wèn)題，對(duì)原有不符合要求的電控系統(tǒng)及高耗能設(shè)備進(jìn)行了更換和改造，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全系數(shù)，保障了礦井正常生產(chǎn)。

[關(guān)鍵詞]提升系統(tǒng) 改造 電控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）05-0014-01

1、工程概述

梁北煤礦副井提升機(jī)電控系統(tǒng)原設(shè)計(jì)為JZX1-550/660型電樞可逆直流提升機(jī)電控裝置，采用12脈動(dòng)順序控制技術(shù)，提供6/12脈動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)半速全載方式運(yùn)行。由于副井提升負(fù)載變化較大，電控系統(tǒng)適應(yīng)性差，調(diào)速性能差，參數(shù)調(diào)整較為繁瑣，系統(tǒng)運(yùn)行能耗大，不適應(yīng)礦井生產(chǎn)要求。改造要求所有電氣設(shè)備必須能在礦山工業(yè)環(huán)境下安全可靠運(yùn)行?？刂啤⒄{(diào)節(jié)、監(jiān)測(cè)及安全等系統(tǒng)應(yīng)具備高可靠性。所采用的工控機(jī)（PLC）及調(diào)節(jié)系統(tǒng)所用單片機(jī)性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，滿足工業(yè)環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行的要求，應(yīng)能與礦上的生產(chǎn)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。滿足漢字輸入、輸出的要求。

本次技術(shù)改造要求僅為拖動(dòng)系統(tǒng)改造，提升機(jī)擬采用高壓變頻拖動(dòng)方案。原提升系統(tǒng)的提升機(jī)、液壓站及主電機(jī)等利用原有設(shè)備，提升機(jī)型號(hào)：JKMD-2.8×4，主電機(jī)型號(hào)：YBKK-560-12，額定功率580kw，額定電壓6000V。

2、設(shè)計(jì)依據(jù)

提升機(jī)電氣設(shè)備應(yīng)根據(jù)所提供的礦井變電所資料及電氣設(shè)備安裝處的環(huán)境條件以及本提升機(jī)使用工作條件進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。

2.1 供電電源

提升機(jī)雙回路高壓電源分別引自礦井110kV變電站6kV不同母線段。6kV母線電壓允許波動(dòng)范圍±5%（短時(shí)出現(xiàn)+5%，-10%的電壓波動(dòng)），6kV供電系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。

2.2 輔機(jī)、控制及信號(hào)電源

提升機(jī)房～380V/220V低壓電源采用雙回路供電，兩回電源均引自礦井地面變電所，兩回電源互為備用?！?80/220V供電系統(tǒng)為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，電壓允許波動(dòng)范圍±5%。

3、對(duì)操作方式的要求

通過(guò)絞車操作臺(tái)上轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換，提升機(jī)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作、半自動(dòng)操作、檢修運(yùn)行、二次對(duì)罐等各種操作。

3.1 手動(dòng)操作：

在提升機(jī)房設(shè)司機(jī)操作臺(tái)對(duì)提升機(jī)實(shí)施手動(dòng)操作。用來(lái)運(yùn)送人員、材料、維修和檢查鋼絲繩等工作，司機(jī)可通過(guò)操作手柄對(duì)提升速度進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)。

3.2 半自動(dòng)控制：

半自動(dòng)控制操作方式即絞車司機(jī)通過(guò)起車按鈕操作，絞車司機(jī)按下起車按鈕后絞車按設(shè)定的速度圖自動(dòng)完成一次提升循環(huán)。半自動(dòng)運(yùn)行一般僅用于提升矸石及下放材料的運(yùn)行方式。

3.3 檢修運(yùn)行：檢修運(yùn)行包括井筒檢修及驗(yàn)繩，檢修運(yùn)行時(shí)絞車低速（0.5m/s）運(yùn)行。

3.4 對(duì)罐運(yùn)行：副井系統(tǒng)裝備雙層罐籠，在提矸、下料等狀態(tài)下罐籠設(shè)備需要二次對(duì)罐，提升機(jī)電控系統(tǒng)應(yīng)能滿足二次對(duì)罐工藝的要求。

4、驅(qū)動(dòng)裝置

提升機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)能夠適應(yīng)提升機(jī)的各種提升工藝要求，按照預(yù)定的速度和提升要求實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)地啟動(dòng)、運(yùn)行、減速、制動(dòng)、停車。在整個(gè)循環(huán)中，應(yīng)盡量減小電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的突變，減小鋼絲繩的振動(dòng)，停車必須準(zhǔn)確。變頻拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)有足夠的過(guò)載能力，以適應(yīng)副井提升負(fù)載變化大的特點(diǎn)。最大過(guò)載能力不低于額定值的2.0倍。

變頻裝置應(yīng)滿足提升系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的四象限運(yùn)行，盡量減小控制死區(qū)，并使變頻設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功沖擊和高次諧波的干擾為最小。變頻設(shè)備要求配套可靠、完善的各種保護(hù)。變頻裝置應(yīng)考慮采用簡(jiǎn)單可靠的冷卻裝置，冷卻系統(tǒng)應(yīng)與提升機(jī)的控制系統(tǒng)可靠閉鎖。

5、調(diào)節(jié)、控制、監(jiān)測(cè)及安全制動(dòng)

整個(gè)調(diào)節(jié)、控制監(jiān)測(cè)及安全制動(dòng)電路采用全數(shù)字控制系統(tǒng)。要求選用高性能、高可靠性的計(jì)算機(jī)控制裝置。在控制裝置的設(shè)置上要求能滿足正常及緊急故障狀態(tài)下安全提升的要求。

提升機(jī)的控制、閉鎖和監(jiān)控裝置應(yīng)與井筒內(nèi)的提升信號(hào)和井口、井底的操車設(shè)備設(shè)有閉鎖關(guān)系?？刂剖覂?nèi)的各類控制柜、電氣設(shè)備均應(yīng)采用防護(hù)等級(jí)不低于IP23。井筒控制和信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)一條總線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與地面的通訊連接，另外所有電路均采用標(biāo)準(zhǔn)電氣模塊結(jié)構(gòu)。整套電控系統(tǒng)的連接及接線形式應(yīng)便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)。

所提供的控制臺(tái)，操作方便，功能齊全。顯示應(yīng)包括CRT顯示和重要的操作信號(hào)及報(bào)警信號(hào)在信號(hào)在操作臺(tái)面板上顯示。通過(guò)打印機(jī)能記錄所有的報(bào)警信號(hào)以及有關(guān)聯(lián)鎖、井筒中的限位開關(guān)制動(dòng)閘和冷卻通風(fēng)系統(tǒng)的狀況信號(hào)等。當(dāng)排除故障時(shí)，所有信號(hào)連同出現(xiàn)故障和故障消失的確切日期和時(shí)間都應(yīng)在上位機(jī)上記錄。為進(jìn)行故障和誤操作分析，應(yīng)提供專用信號(hào)記錄器，儲(chǔ)存信息，并可隨時(shí)打印。

6、高低壓配電裝置及其它

6.1 高壓配電裝置

高壓配電系統(tǒng)利用原有高壓開關(guān)柜設(shè)備。為滿足提升機(jī)的6kV配電要求，電控廠家應(yīng)依據(jù)現(xiàn)有高壓開關(guān)柜設(shè)備情況，重新對(duì)高壓開關(guān)柜進(jìn)行接線調(diào)整、整定，并完善高壓開關(guān)柜五防功能。

6.2 低壓配電裝置

低壓開關(guān)柜用于提升機(jī)和輔機(jī)設(shè)備的～380/220V配電。配電裝置的電源進(jìn)線和饋出應(yīng)根據(jù)各用電設(shè)備的要求裝設(shè)安全負(fù)荷隔離開關(guān)或斷路器、接觸器、繼電器、控制開關(guān)以及用于遠(yuǎn)距離控制和連鎖的開關(guān)。還應(yīng)有關(guān)規(guī)范規(guī)定裝設(shè)電壓，電流測(cè)量?jī)x表。開關(guān)柜面板應(yīng)設(shè)有各回路的工作及故障顯示裝置。

6.3 不間斷電源

對(duì)一些關(guān)鍵控制及信號(hào)設(shè)備應(yīng)配置不間斷電源，當(dāng)主電源故障時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電源不間斷，一直到提升機(jī)停車和施閘。

6.4 通風(fēng)和冷卻裝置

變頻設(shè)備及各類控制柜均應(yīng)配備良好的通風(fēng)和冷卻設(shè)備，并應(yīng)具有良好的防塵措施。

7、設(shè)備的確定

7.1 高壓變頻器設(shè)備

高壓變頻設(shè)備（含干式整流變壓器、功率單元及變頻器控制單元）的各種附件、變壓器測(cè)溫裝置等，變壓器一次側(cè)電壓應(yīng)為6kV。整流變壓器考慮采用干式整流變壓器，用于室內(nèi)安裝。F級(jí)絕緣，B級(jí)溫升。功率單元應(yīng)成套配備：A.過(guò)壓保護(hù)裝置；B.接地故障監(jiān)測(cè)裝置。變頻拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)有足夠的過(guò)載能力，以適應(yīng)副井提升負(fù)載變化大的特點(diǎn)。最大過(guò)載能力不低于額定值的2.0倍。

7.2 控制、調(diào)節(jié)監(jiān)測(cè)及安全系統(tǒng)

（1）調(diào)節(jié)裝置提供一套完整的全數(shù)字閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括全部附件。（2）數(shù)字式行程控制器：a.二套數(shù)字式行程檢測(cè)控制器；b.各種傳感器及附件。（3）監(jiān)測(cè)裝置：a.具有冗余配置的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)一套；b.各種傳感器及附件。

（4）安全回路

安全回路利用工控機(jī)（PLC）實(shí)現(xiàn)，采用兩套獨(dú)立PLC系統(tǒng)，雙重保護(hù)并具有冗余及完善的內(nèi)部監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行互為監(jiān)視，以便在故障狀態(tài)下確保提升系統(tǒng)安全制動(dòng)。

（5）控制系統(tǒng)

二臺(tái)可編程序控制器及必要的備品備件；編程器（便攜機(jī)）一臺(tái)；信號(hào)顯示和記錄（監(jiān)控設(shè)備）等

7.3 低壓配電裝置

包括電源進(jìn)線和輔助設(shè)備傳動(dòng)，控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)測(cè)、安全信號(hào)系統(tǒng)等的饋電。進(jìn)線柜應(yīng)考慮雙電源進(jìn)線的要求，并應(yīng)配備電壓表，電流表等。

8、結(jié)束語(yǔ)

改造后，新電控系統(tǒng)的型號(hào)如下：（1）主電機(jī)型號(hào)：YBKK-560-12，額定功率580kw，額定電壓6000V；（2）減速機(jī)型號(hào)：XP1000/2/Ⅲ，變比10.5；（3）高壓變頻器：HIVERT-YVF06/096，容量630KVA。

改造后，新電控系統(tǒng)的安全性能符合煤礦安全規(guī)程規(guī)定，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，高壓變頻技術(shù)具有良好的節(jié)能效果，調(diào)速平穩(wěn)，數(shù)字閉環(huán)抗干擾能力強(qiáng)，具有自診斷和遠(yuǎn)程診斷功能，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。自投入運(yùn)行至今，一直運(yùn)行良好，未發(fā)生一起電氣安全事故，為礦山的安全穩(wěn)定提供了有力保證。

作者簡(jiǎn)介

陳林（1984），男，本科，河南省許昌市禹州市，助理工程師，現(xiàn)就職于河南省許昌新龍礦業(yè)有限責(zé)任公司，主要從事煤礦機(jī)電技術(shù)管理方面的工作。