關(guān)于煤礦主井提升系統(tǒng)升級改造的研究與應(yīng)用

孫忠亮

摘 要：主井提升機(jī)不僅是礦井的關(guān)鍵，還是重大安全設(shè)備之一，用來提升礦物，相當(dāng)于礦井系統(tǒng)設(shè)備的咽喉。在生產(chǎn)過程當(dāng)中，占據(jù)的地位非常重要，礦井的正常安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效率跟它息息相關(guān)，礦用生產(chǎn)是不分白晝的連續(xù)作業(yè)，即使是短時(shí)間的停機(jī)維修，也會給生產(chǎn)帶來很大損失。所以，設(shè)備的安全可靠運(yùn)行就突出重要。

關(guān)鍵詞：提升機(jī)；生產(chǎn)能力；提高效率

中圖分類號： TD633 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）20-184-2

0 引言

河北堯安礦業(yè)有限公司豐達(dá)煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬噸/年，主井立井提升，擔(dān)負(fù)全礦井煤炭提升任務(wù)，提升高度435m。提升機(jī)型號2JK-2.5/20E，配用電機(jī)型號YR450-8，額定電壓6kV；減速機(jī)型號ZZL710，速比20 ；最大提升速度4.78m/s，裝備一對4噸標(biāo)準(zhǔn)箕斗。主立井因?qū)嶋H提升能力不能滿足60萬t/a，因此對主井提升系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造后滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)能力為60萬噸/年。

1 改造說明

1.1 改造原因

在改造之前，原系統(tǒng)為交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)，通過切除轉(zhuǎn)子電阻進(jìn)行調(diào)速，此種電控系統(tǒng)存在很多的不足之處：

①依靠檔位調(diào)節(jié)速度，調(diào)速不連續(xù)，運(yùn)行中機(jī)械振動(dòng)大，制動(dòng)不安全。

②啟動(dòng)及換檔時(shí)沖擊電流大。

③調(diào)速時(shí)大量的電能消耗在電阻上，不但浪費(fèi)嚴(yán)重，也造成工作環(huán)境的惡劣。

④系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修量大。

⑤耽誤生產(chǎn)。礦井是連續(xù)24小時(shí)工作，生產(chǎn)量大，任務(wù)繁重，由于電控系統(tǒng)落后，即使是短時(shí)間的維修，也會給生產(chǎn)帶來損失。

1.2 改造后優(yōu)越性

交流變頻技術(shù)發(fā)展得越來越成熟，變頻調(diào)速性能的優(yōu)越性漸漸提升。

越來越多的交流礦井提升機(jī)開始采用以變頻器為核心的調(diào)速系統(tǒng)，徹底淘汰了沿襲幾十年的交流絞車轉(zhuǎn)子串電阻分級調(diào)速的模式，使提升機(jī)達(dá)到平穩(wěn)、安全、可靠的運(yùn)行狀態(tài)。嚴(yán)重的避免了機(jī)械磨損，較大的防止了機(jī)械沖擊，減少機(jī)械部分維修的工作量，使提升機(jī)械的使用壽命明顯延長。采用變頻控制的提升機(jī)，基本可以獲得與直流電機(jī)相同的調(diào)速和制動(dòng)性能。

為此，通過詳細(xì)技術(shù)論證與調(diào)研，結(jié)合本礦具體情況，對主井提升機(jī)采用轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)改造。轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速說的是將成熟的低壓變頻技術(shù)應(yīng)用于高壓電機(jī)調(diào)速，是一項(xiàng)最新科技成果，其不僅融和了當(dāng)代最先進(jìn)電力電子技術(shù)、交流調(diào)速技術(shù)還融合了微機(jī)控制技術(shù)，尤其是其獨(dú)有的以轉(zhuǎn)子控制定子和以低壓控制高壓技術(shù)，具有其他調(diào)速方案不可替代的優(yōu)越性。

轉(zhuǎn)子變頻的優(yōu)點(diǎn)：

①可以用低壓變頻器來控制高壓電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

②所需逆變器的容量較小，通過轉(zhuǎn)差功率回饋至電網(wǎng)（或電動(dòng)機(jī)），做到大大節(jié)約電能。

③原理結(jié)構(gòu)簡單明了，使用的低壓IGBT的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于高壓定子側(cè)變頻裝置的中壓IGBT，更不需要配置大容量電抗器，大大降低了故障率。

④普通串級調(diào)速與之相比，不僅功率因數(shù)較高，而且諧波較小。

⑤配以制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)四象限運(yùn)行。

⑥具有閉環(huán)矢量控制。

⑦可調(diào)斜率的加減速度給定值設(shè)定。

⑧啟動(dòng)防沖擊的“S”化曲線給定。

⑨預(yù)置起動(dòng)力矩，防止起動(dòng)時(shí)容器倒轉(zhuǎn)。

⑩保護(hù)功能：有過流、過壓、欠壓、過速、堵轉(zhuǎn)、絕緣檢測等幾十種。

2 改造內(nèi)容

2.1 更換提升主電機(jī)、減速機(jī)

原主電機(jī)型號：YR450-8

參數(shù)：功率 480kW 定子電壓 6kV 定子電流 52A

轉(zhuǎn)子電壓 689V 轉(zhuǎn)子電流 360A 轉(zhuǎn)速 735rpm

新主電機(jī)型號：YR500-8

參數(shù)：功率 500kW 定子電壓 6kV 定子電流 52A

轉(zhuǎn)子電壓775V 轉(zhuǎn)子電流 400A 轉(zhuǎn)速 735rpm

原減速機(jī)型號：ZZL710 速比20

新減速機(jī)型號：ZZDP710I 速比20

2.2 安裝變頻電控系統(tǒng)一套

原提升電控系統(tǒng)為高壓串電阻調(diào)速系統(tǒng)，改造新增加轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)一套，與原電控系統(tǒng)可進(jìn)行切換使用。改造后正常運(yùn)行使用轉(zhuǎn)子變頻電控系統(tǒng)，遇有變頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可切換至原串電阻系統(tǒng)臨時(shí)運(yùn)行，確保不影響煤礦的正常生產(chǎn)。對提升電控的控制系統(tǒng)部分進(jìn)行改造，增加由PLC控制變頻系統(tǒng)正常運(yùn)行的各類輸入輸出接口，并實(shí)現(xiàn)兩套電控系統(tǒng)之間的切換及閉鎖功能，讓變頻調(diào)速系統(tǒng)與原調(diào)速系統(tǒng)并存，互為備用，隨時(shí)可以切換，確保提升機(jī)電控系統(tǒng)具備可靠性、經(jīng)濟(jì)性、精確性、兼容性、高效性等功能特點(diǎn)。

改造后保留串電阻電控系統(tǒng)，新增一套轉(zhuǎn)子變頻設(shè)備，正常使用采用變頻設(shè)備，變頻故障時(shí)，可切換到串電阻系統(tǒng)，然后對變頻系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。變頻設(shè)備具體配置如下：

①在操作臺增加一套型號為FX2N-32MR的PLC，并配以必須的模塊，使設(shè)備滿足國家要求的雙線制標(biāo)準(zhǔn)。對原有控制系統(tǒng)進(jìn)行升級，重新編寫PLC控制程序，完善安全保護(hù)系統(tǒng)。

②增加一套變頻系統(tǒng)配置。

切換柜：用于串電阻設(shè)備和變頻設(shè)備直接高壓端和電阻端的切換。

整流變壓器：增加一臺主整流變壓器，用于給變頻器主回路供電使用。

自耦變壓器：用于變頻器輸出到電機(jī)端的濾波并抬高電壓，使之符合電機(jī)額定要求。

變頻器：采用壓頻比轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常使用。

2.3 安裝信號自動(dòng)裝卸載一套

改造前與改造后提升機(jī)技術(shù)特征對比見表1。

表1 改造前與改造后提升機(jī)對比表

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3 主井提升設(shè)備改造后校驗(yàn)

主要設(shè)計(jì)依據(jù)：

提升能力 60萬t/a

提升高度 435m

箕斗型號 一對4噸標(biāo)準(zhǔn)箕斗

箕斗質(zhì)量 3171kg

箕斗載重 4000kg

結(jié)論：經(jīng)驗(yàn)算在工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)承載力、井架整體穩(wěn)定性滿足安全要求，應(yīng)該增強(qiáng)分肢，使用時(shí)嚴(yán)禁超載。

4 改造后效果

4.1 增加了整個(gè)電控系統(tǒng)的安全性，以及系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性

為滿足安全生產(chǎn)，系統(tǒng)改造保留了原有的串電阻電控系統(tǒng)，讓變頻調(diào)速系統(tǒng)與原調(diào)速系統(tǒng)并存，互為備用，隨時(shí)可以切換，在變頻系統(tǒng)出現(xiàn)不可短時(shí)恢復(fù)的故障時(shí)，可馬上切換到串電阻系統(tǒng)運(yùn)行繼續(xù)提升，不影響生產(chǎn)，待故障排除完成后再切換回變頻系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4.2 實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果

原串電阻系統(tǒng)調(diào)速方式，是利用控制器對串入轉(zhuǎn)子回路中不同阻值的電阻進(jìn)行組合，達(dá)到調(diào)速目的，缺陷明顯，主要反映效率非常低，它以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低。轉(zhuǎn)速越慢，效率越低，大部分功率被轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉。采用變頻調(diào)速控制則很好地解決這個(gè)問題。變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的，無論轉(zhuǎn)速高低，其機(jī)械特性基本上與自然機(jī)械特性平行，所消耗的轉(zhuǎn)差功率都基本不變，因此效率很高，有著明顯的節(jié)電效果，且調(diào)速的平穩(wěn)性大大提高。在節(jié)能、減少維修等方面取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

5 總結(jié)

通過這次主井提升機(jī)改造工程，增加了主井的提升機(jī)的提升能力，并且將提升機(jī)電控更換為更先進(jìn)的變頻提升技術(shù)，全能夠符合國家關(guān)于提升電控的要求，而且達(dá)到了節(jié)能高效的效果，使提升系統(tǒng)更為安全、可靠、高效。