某煤礦變頻提升電控系統(tǒng)改造方案

1、某煤礦變頻提升電控系統(tǒng)改造方案 一、引言    湖南某煤礦4礦提升機系統(tǒng)現(xiàn)有主井提升電控系統(tǒng)均為交流繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)屬于有級調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，啟動電流和換檔電流沖擊大，中高速運行振動大，制動不安全不可靠，對再生能量處理不力，低速運行到終點時易出現(xiàn)“過卷”現(xiàn)象，故障率高，運行效率低等缺點，礦用生產(chǎn)是24小時連續(xù)作業(yè)，即使短時間的停機維修也會給生產(chǎn)帶來很大損失。集團公司領導下決心對該提升機電控系統(tǒng)進行改造。因此該煤礦提升機系統(tǒng)擬對原有提升控制系統(tǒng)進行變頻改造，改造后的系統(tǒng)采用變頻調(diào)速控制，針對此低壓變頻改造項目，武漢市通

2、益電氣有限公司通過對生產(chǎn)工藝流程、現(xiàn)場使用條件的充分調(diào)研和反復研討、論證，認為采用武漢市通益電氣有限公司生產(chǎn)的TYCHON系列高壓變頻器完全能滿足要求，制定出如下技術(shù)方案，此方案具有以下特點：優(yōu)良的調(diào)速性能，可完全滿足生產(chǎn)工藝要求；良好的節(jié)能效果，可提高系統(tǒng)運行效率；實現(xiàn)電機軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護費用，延長設備使用壽命；系統(tǒng)安全、可靠，確保負載連續(xù)運行；控制方便、靈活，自動化水平高，可以靈活的擴充上位機，方便實現(xiàn)DCS控制；纖小的設備體積，可以有效的縮小設備占地面積，便于集中控制。二、對高壓變頻器的要求    由于提升類負載對變頻器有著不少特殊的要求，所以

3、一般普通變頻器不可能直接用到提升機上。提升機對變頻器要求有以下主要特點：  （1）要求可靠性高；  （2）要求能實現(xiàn)四象限運行，解決能量回饋；  （3）要求有完善的數(shù)字控制功能；  （4）技術(shù)指標要求高（例如啟動轉(zhuǎn)矩2倍以上，150%額定電流以下連續(xù)運行，200%額定電流一分鐘保護）；  （5）要求適應惡劣的使用環(huán)境；  （6）要求標準的數(shù)字通信接口；  （7）運行速度曲線成S形，加減速平滑。三、原礦山提升機調(diào)速系統(tǒng)簡介    該煤礦4礦提升機系統(tǒng)現(xiàn)有主井提升電控系統(tǒng)均為交流繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻

4、調(diào)速控制系統(tǒng)。    設備存在的問題突出表現(xiàn)在：   （1）串聯(lián)電阻調(diào)速，其調(diào)速呈跳躍狀有級調(diào)速，使得減速機齒輪，天輪，礦車與軌道之間，在加減速運行階段均受到?jīng)_擊力的作用，使設備易損壞，鋼絲繩易疲勞，導致維修量大，檢修費用增加。如2007年年終檢修中發(fā)現(xiàn)：一礦地面絞車減速箱三檔低速齒因受巨大沖擊力矩使齒輪崩裂；四礦地面絞車減速箱一檔高速齒輪軸齒尖崩裂；僅此兩項維修材料費用高達45萬元。   （2）串聯(lián)電阻調(diào)速，使得礦車起動，調(diào)速，減速或長時間開慢車時，大部分電能白白消耗在電阻器上；當電動機在電壓下降時，力矩下降，轉(zhuǎn)差率增大，

5、如發(fā)生斜井掉道時，絞車難以啟動，易發(fā)生溜車事故，如處理不當極易發(fā)生人身傷亡事故。   （3）能耗高，低速時機械特性軟。因為轉(zhuǎn)速的降低是通過轉(zhuǎn)子外接電阻消耗能量來實現(xiàn)的，并且轉(zhuǎn)速越低，機械特性越軟，消耗在電阻中的能量比例越大。   （4）主井提升機   四、變頻器選型及性能特性    TYCHON-YVF系列大功率高壓變頻器是武漢市通益電氣有限公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的高壓交流電機調(diào)速驅(qū)動裝置。變頻器采用先進的功率單元串聯(lián)疊波技術(shù)、矢量控制技術(shù)、有源逆變能量回饋技術(shù)、新穎的全中文操作界面，可靠性高、性能

6、優(yōu)越、操作簡便?？蓱糜谛枰南笙捱\行、帶能量反饋、動態(tài)響應快、低速運行轉(zhuǎn)矩大等場合。TYCHON-YVF系列矢量控制的高壓變頻器比通用型高壓變頻器具備優(yōu)越的恒轉(zhuǎn)矩起動及快速制動特性，應用范圍更加廣泛，更適合對電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、制動精度要求高的領域，特別是用于礦山提升機等應用場合。礦山冶金：礦井提升機、皮帶機等，尤其適合大型煤礦的礦井提升機，可完全替代進口產(chǎn)品；大型港口：港口吊裝機等。1、采用TYCHON-YVF系列矢量高壓變頻器對礦井提升設備進行驅(qū)動具有如下優(yōu)勢：（1）輸入、輸出諧波含量低，輸入功率因數(shù)高。無須濾波器和功率因數(shù)補償，可直接驅(qū)動普通電機；（2）系統(tǒng)控制電源采用220VAC和高壓主

7、電源降壓隔離后雙路供電，系統(tǒng)運行更可靠、操作更簡便。其他產(chǎn)品一般采用柜內(nèi)UPS供電，在柜內(nèi)高溫條件下，UPS電池壽命短、故障率高，且開、停機時，操作煩瑣；（3）冷卻風機采用高壓主電源降壓后直接驅(qū)動，風機僅在上高壓電后運行。系統(tǒng)220VAC控制電源容量僅需1kVA，且避免了冷卻風機啟、停時對控制系統(tǒng)的干擾；（4）功率單元工作電源為高壓開關電源，直接取自單元內(nèi)部電容，避免了瞬時掉電對單元的影響；（5）更適應于國內(nèi)電網(wǎng)條件，變頻器工作電壓范圍為UN+15-20%，如6kV系列可穩(wěn)定運行于6900V電壓條件下；（6）瞬時停電保護功能。當主電源失電后，變頻器控制電機處于發(fā)電狀態(tài)運行，為單元電容充電，并為

8、單元控制電源供電，直至主電源恢復，變頻器回到原運行狀態(tài)。瞬時停電時間典型值為3秒（具體時間長短與負載的轉(zhuǎn)動慣量大小有關）；（7）限流功能。避免啟動或負載突然變化時，使變頻器輸出電流過大而導致保護動作；（8）操作平臺采用全中文Windows 2000系統(tǒng)，運行穩(wěn)定，且易學易用；（9）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。與國內(nèi)同容量產(chǎn)品相比，柜體寬度縮小0.61.0米；（10）完善的上位控制功能?？膳cDCS系統(tǒng)實現(xiàn)通訊（采用標準MODBUS通訊規(guī)約）或I/O方式連接。（11）主要器件均采用世界一流廠商的成熟產(chǎn)品，產(chǎn)品從元器件至半成品及成品，均實現(xiàn)100%的嚴格測試。各系列產(chǎn)品出廠前均完成100% 72小時以上負載測

9、試記錄，確保產(chǎn)品的可靠性。（12）有較強的工程設計能力和溝通意愿，能根據(jù)用戶現(xiàn)場條件和控制要求量身定做，及時滿足用戶的不同需求；（13）功率單元模塊化設計，可以互換，維護簡單；（14）二次接線模塊化設計，現(xiàn)場接線簡單，安裝周期短；2、主要技術(shù)性能指標² 額定容量：                 350kVA² 適配電機功率：       

10、;      250kW² 額定電流：                 31A² 額定輸入電壓：             6kV（-20%+15%）² 輸入頻率：     

11、0;           45 - 55Hz² 輸入方式：                 30脈沖二極管全波整流輸入 ² 輸出方式：              

12、;   每相6單元疊波正弦波脈寬調(diào)制輸出² 輸入功率因數(shù)：             大于0.96（額定負載時）² 效率（含變壓器）：         大于96%（額定負載時）² 輸出頻率：            

13、0;     0 - 120Hz，0 - 100%連續(xù)可調(diào)² 頻率分辨率：                0.01Hz² 過載能力：                  120%一分鐘保護，150%立即保護² 控

14、制電源：                  雙路供電，220VAC，1kVA² 冷卻方式：                  強制風冷² 防護等級：       

15、;           IP30² 總重：                      約3500kg² 模擬量輸入：           &

16、#160;    兩路，010V/420mA，任意設定² 模擬量輸出：                兩路，010V/420mA，可選² 開關量輸入輸出：            24入/16出（可按用戶要求擴展）² 通訊接口：   

17、0;              隔離RS485接口，MODBUS規(guī)約² 運行環(huán)境溫度：              0到40² 貯存/運輸溫度：             -40到70²

18、; 環(huán)境濕度：                  <90%（20時），不結(jié)露² 安裝海拔高度：              <1000米（超過1000米時，需降額運行）² 運行參數(shù)自動記錄和輸出、自動故障記錄、限流功能、輸出電壓自動調(diào)整功能、瞬時停電自動跟蹤功

19、能等。3、技術(shù)參數(shù)型號TYCHON-YVF06/031變頻器容量（kVA）315適配電機功率（kW）250額定輸出電流（A）31外型尺寸（W×H×D）3400×2000×1500每相串聯(lián)單元數(shù)6額定輸入電壓6kV（-20%+10%）輸入頻率45Hz55Hz調(diào)制技術(shù)PWM控制技術(shù)、帶速度傳感器的矢量控制技術(shù)控制電源220VAC，1kVA輸入功率因數(shù)額定負載下0.9效率（含變壓器）額定負載下95%輸出頻率范圍0Hz120Hz輸出頻率分辨率0.01Hz過載能力150%額定電流一分鐘，200%額定電流立即保護模擬量輸入兩路，010V/420mA模擬量輸出兩路，0

20、10V/420mA上位通訊隔離RS485接口，MODBUS，PROFIBUS加減速時間5秒1600秒，連續(xù)可調(diào)開關量輸入輸出12入/9出運行環(huán)境溫度0到45貯存/運輸溫度-40到70冷卻方式強迫風冷環(huán)境濕度<90%，不結(jié)露安裝海拔高度<1000米（超過1000米時，需降額使用）五、變頻器改造后的經(jīng)濟效益由于本次采樣未取得原提升系統(tǒng)運行速度圖，系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后具體節(jié)能量無法通過計算得到。根據(jù)既往同類案例估算，該礦井主、副提升系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后節(jié)能量均能達到30%以上。1、工頻狀態(tài)下的年耗電量計算：Pd：電動機功率； U：電動機輸入電壓； I：電動機輸入電流； cos：功率因數(shù)；Cd：年

21、耗電量。計算公式：Pd 1.732×U×I×cos電機功耗：Pd 1.732×U×I×cos 1.732×6×27×0.85238.5kW日耗電量：238.5×0.083×1001979.55kWh年耗電量：Cd1979.55×350692842.5kWh變頻狀態(tài)下的年耗電量計算：電機功耗：（5/50）3×2000.2kWh（30/50）3×20043.2kWh日耗電量：0.2×0.0167×1000.334Wh43.2×0.011×10047.52kWh238.5×0.056×1001335.6kWh0.33447.521335.61383.45kWh日耗電量節(jié)約：1979.55kWh1383.45kWh596.1kWh節(jié)電率：596.1/1979.55=30%年耗電量節(jié)約：596.1kWh×350208635kWh×0.56116835.6元2、機械，電氣方面節(jié)約的維護費用（1）變速箱的齒輪因為