朱小恒

摘要：随着变频技术的发展和应用范围越来越广，以及性能的优越可靠。其在矿井提升机电控控制应用方面已经成熟。本文主要就提升机高压变频调速装置在郭二庄矿应用进行了探讨。

Abstract： With the development of frequency conversion technology， the wider application range and the superior and reliable performance， its application in electromechanical control for mine elevator has matured. This article mainly discusses the application of elevator high voltage variable frequency speed regulating device in Guoerzhuang Mine.

关键词：提升机；高压变频调速装置；应用

Key words： elevator；high voltage variable frequency speed regulating device；application

中图分类号：TD94 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）19-0199-03

0 引言

邯矿集团郭二庄矿马项副井提升机为4绳摩擦式提升机，型号为JKM3.25x4，交流电动机（800kW）拖动，原提升系统采用交流电机转子串电阻调速系统。提升高度为500m，提升速度为9.05m/s，该系统调速性能差，启动、停车机械冲击大，尤其是从等速段过渡到减速段的切换过程中，出现失控区，易造成减速段超速；报警、记录不齐全。该系统机构老化，可靠性差，故障率高，维护费用高，操作不灵敏。且转子调速性差，冲击电流大，同时减短了电机、减速器、晶闸管外加切换电阻等设备寿命；转子电路长期带电阻运行，制动提前施闸减速，浪费了大量电能，与现在绿色矿山格格不入，因此针对我矿情况研究出一套切实可行提升机控制技术方案是目前亟待解决的一个问题。

1 提升机控制技术可行性课题研究及实施过程

近年来，变频技术得到了惊人的发展，技术趋于成熟，性能优越可靠。在矿井提升机电控控制应用方面已经成熟，并有很多其它单位可以借鉴的经验。经多方调研论证，选择了与技术力量雄厚、电控经验丰富、产品质量优良的辽宁荣信公司合作，对马项副井提升机进行高压四象限变频调速装置改造。

邯矿集团郭二庄矿马项副井为塔式结构，四层高38m，电器设备分别布置在各塔层内，受空间位置的限制，改造安装工作基本上都要在日常检修期间进行，时间紧任务重，必须进行科学合理安排，细致周密落实，与辽宁荣信公司技术人员一起，对电器设备布置方式、安装附件的制作、电缆敷设等方面进行了商定。

①在不影响安全生产的情况下进行变频改造（每天上午9：00-11：00停车检修时间）。

②保留原电控系统基础上，新增一套独立高压变频控制系统（高压变频控制系统包括：双电源进线柜、变压器柜、功率柜、控制柜、低压辅助柜、PLC控制柜、司机操作台、上位机监控系统）。

③为进一步提高操作系统安全性和可靠性，新增原电控系统与新安装电控系统的切换装置一套（可实现主電机、润滑站、液压站、电梯电源的切换），两套电控系统独立防止过卷装置、防止过速装置、限速装置、深度指示器失效保护装置、闸间隙保护装置和减速功能保护装置等安全感信号。共享信号通讯系统。

④改造完成后能够彻底解决老控制系统的缺陷。

经职工同志们的共同努力，在不影响矿井安全运行的前提下14天时间电器设备安装结束，具备调试条件，厂家调试16小时，达到正常运转。

2 提升机主要技术和创新点

①矿井提升机对于煤矿企业生产来说至关重要，尤其是对于副井提升，它不仅能够提升人员，还能够提升物料，具有负载变化大、满足空、轻、重载提升和下放多种组合工况条件施工需求等特点。若提升机无法正常工作，不仅会造成巨大的经济损失，更可能会导致严重的安全事故。因此对高压变频器有较高要求，要求其不仅要具备极高的可靠性，更能够适应各类恶劣环境，同时可实现四象限运行，解决能量回馈。

②变频器系统采用直接“高-高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，由多组功率模块串联形成其主体结构，输入功率因数高，无需采用功率因数补偿装置和输入谐波滤波器；输出波形质量好，只选用普通的电机即可，无需加输出滤波器，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题。

1）无速度传感器矢量控制，在高性能控制器硬件平台上，结合先进的实用化的矢量控制技术，将电机的控制性能提高到一个新的高度，能实现低速大转矩负载启动和运行。

矢量控制，以电机磁场为坐标轴基准方向，通过坐标变换的方法，实现对电机转矩和磁通的解耦控制。

旋转启动：如果电机被负载拖动仍在旋转甚至反转，变频器能识别跟踪电机转速并拖动负载到设定频率运行。

系统状态变量的实时显示和监控：输入侧和输出侧的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，变频器状态，多点温度指示，电机转速，等等。监控界面不仅能够显示常用的电压、电流、功率温度等参数，还具有软件示波器功能，可用于现场调试和监控。

具有完善的电机和变频器保护功能，保证设备连续可靠运行。

历史记录，包括操作事件记录、故障报警记录等。

2）超强的抗电网波动能力，承受电压波动的能力可以到-35～+15%电网电压波动时变频器维持运行，不停机。

3）控制电源冗余设计，大大提升了控制电源的可靠性，符合现场控制电源多样性的要求，高压变频系统控制电源可接收AC220V或AC380V（三相四线制）。

4）完善的电机和变频器保护功能，针对各种故障情况分级设置保护功能，实现最大程度的不间断运行。

5）无爆裂或拉电弧可能的功率开关原件，变频器功率器件均采用目前国际最成熟的进口功率器件，不会发生爆裂或拉电弧的可能；可靠性指标（平均无故障工作时间）：100000小时；完全满足需方的使用要求。

③采用了全数字速度、电流、位置闭环控制使提升机在任意速度下运行稳定可靠并保持爬行距离恒定，保证了提升机良好的运行效率。

④操作和安全保护系统选用两套不同配置的Siemens公司的S7-300系列PLC，两套PLC互为CPU监视控制。主辅PLC之间相互通讯及监视，操作过程实现双线控制方式，对提升机运行关键的信号均采用多重保护，互为监视，并配网络化控制的操纵台。PLC操作控制系统可满足提升机各种运行方式的控制要求，包括自动、手动、半自动、检修及紧急控制等。

⑤新旧系统快速切换，保证了提升安全高效运行。

⑥上位监视计算机实现与PLC通讯，并能实时监测提升系统动静态，电枢电流动态曲线，提升容器位置动态显示、可调闸电流、制动力矩的动态显示等；针对提升机系统中存在的轻重故障具有首次故障诊断和保存功能，保存时间可超十天；能显示及打印故障发生的位置、时间、原因以及故障前的有关数据参数，实时显示并记录深度、速度实时值、提升种类、信号情况，相当于飞机上的“黑匣子”功能；生成各类报表、历史记录并随时打印。

⑦有扩展功能，可与局域网连接，实现网络化管理，实现远程故障诊断。

3 实践检验效果

自2015年10月份投入运行至今彻底解决了：

①井口停车点施闸停车。

②低速和爬行阶段需要人为依靠盘形制动器闸皮摩擦滚筒实现调速，特别是负载发生变化时，很难实现减速控制，导致调速不连续，速度控制性能差。

③提升人员和物料时，全部一个速度9.05m/s。在提升到减速点时，是个矢量控制，既没有高压参与也没有低压参与，让人在罐笼中感到失重。

④提升机启动冲击电流大，造成很大的机械冲击，导致电机寿命降低、提升机低速启动力矩小，机械性软，带负载能力差，无法实现恒转矩提升。

该系统工作性能稳定，使用方便，维护量很小，保护动作可靠，操作简单等优点。达到了项目实施预期目的。

4 经济效益和社会效益

4.1 经济效益

①重物下放時，老系统主要靠动力制动和机械抱闸；新系统再生制动，能量回馈到电网，节约能量；再生制动过程中，约有80%的动能和势能转换成电能，反馈回电网；节约了电能。改造前马项副井每月电耗3000kWh，改造后每月电耗2000kWh，每年节约电耗12万kWh，节约电费0.5元/kWh×12万kWh=6万元。

②节约材料配件费，据统计，少消耗高压真空接触器、接触器线圈，高压换向线圈、接点、消弧罩，转子外加电阻等，节支5万元。

③高压变频启动技术应用，减少了启动时大电流冲击，延长了电机减速器，滚筒衬板、提升绳等设备寿命，年节支5万元。

④节约了事故处理人工费：与去年同期相比，减少事故处理用工150工，每工75元，则150（工）×75（元/工）=1.125万元。

⑤降低了事故率，减少了事故影响时间，据统计，与去年同期相比，减少事故时间30小时。

⑥年直接经济效益①+②+③+④=17.125万元，还有消除事故隐患和提高矿井提升能力所潜在的巨大经济效益。

4.2 社会效益

马项副井高压变频系统改造后，节约了大量电力电能，有利于创建高效绿色环保矿井；该系统性能好，运行稳定，事故率低，维修量小，操作简单，各种保护齐全，确保了矿井提升安全可靠运行平稳，保证人员提升安全，可提高我公司的社会形象。

参考文献：

[1]杨树勇.矿井主提升机高压变频调速装置研制和应用[J].煤炭科学技术，2007-08-25.

[2]李宏忠.高压变频调速器在矿井提升机的应用研究[J].山东煤炭科技，2016（04）.

[3]王军，黄涛.高压变频调速装置在煤矿绞车电控系统的运用[J].科技创新与应用，2012（28）.