煤礦十礦主井提升系統(tǒng)改造技術(shù)分析

煤礦十礦主井提升系統(tǒng)改造技術(shù)分析

平煤集團(tuán)10個(gè)采礦主井建于1958年，井深27m。經(jīng)過1975年和1984年的兩次改造，主井已重建為800kw-630kw雙電壓系統(tǒng)，絞車類型為2jk41.8.11.5。電源采用tkd速度，使用壽命長，控制方法滯后，設(shè)備老化，減速性能差，屬于產(chǎn)品缺陷。裝載系統(tǒng)設(shè)備是由回轉(zhuǎn)體、曲軌和挺桿等組成的純機(jī)械控制定容裝載設(shè)備,靠井底裝載處信號房不停地打點(diǎn)提煤;地面卸載靠絞車司機(jī)觀察監(jiān)視器實(shí)現(xiàn)卸載,在矸石較多或煤濕時(shí),容易造成超重,引起電機(jī)過載;另外由于長時(shí)間使用,設(shè)備磨損嚴(yán)重,經(jīng)常需要加固燒焊,不僅占用很多檢修時(shí)間,也給安全生產(chǎn)帶來了潛在隱患,且《煤礦安全規(guī)程》已經(jīng)要求必須使用定重裝載。因此十礦急需對主井提升系統(tǒng)綜合進(jìn)行改造。1高低壓配電系統(tǒng)配套改造是重要基礎(chǔ)近年來,十礦所用的提升絞車本體機(jī)械結(jié)構(gòu)無太大改型,且多次改造中,絞車的雙滾筒都經(jīng)過橫梁加固甚至更換,摩擦襯墊也采用了國產(chǎn)高性能產(chǎn)品,性能良好。在充分研究分析后,認(rèn)為影響主井提升效率的關(guān)鍵在于絞車電控系統(tǒng)和裝卸載環(huán)節(jié),絞車本體和液壓制動(dòng)系統(tǒng)等部分仍能夠滿足改造后的生產(chǎn)需要,因此該部分不必更換。為實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)向電網(wǎng)回饋能量、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能,就必須進(jìn)行高低壓配電系統(tǒng)的配套改造。因此十礦主井提升系統(tǒng)綜最終要進(jìn)行高低壓配電系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和裝卸載系統(tǒng)3項(xiàng)改造,改造方案如圖1所示。(1)以高低壓配電系統(tǒng)(在圖1中上部的開關(guān)柜部分)取代老式的自制配電盤,實(shí)現(xiàn)電路開斷控制、電機(jī)過流、過壓、過載、線路保護(hù)等多項(xiàng)控制和保護(hù),并滿足電控系統(tǒng)對電機(jī)定轉(zhuǎn)子配電的要求。(2)電控系統(tǒng)為改造的核心部分(圖1中點(diǎn)劃線標(biāo)注出的部分),該部分以轉(zhuǎn)子變頻雙饋調(diào)速系統(tǒng)為主體,使用2套變頻器,利用矢量控制算法進(jìn)行變頻,并運(yùn)用多PLC技術(shù)、安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和上位機(jī)監(jiān)控操作技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段和方法,實(shí)現(xiàn)提升過程的全自動(dòng)化控制,提高系統(tǒng)運(yùn)行效率,實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能運(yùn)行。(3)裝卸載系統(tǒng)主要更換磨損嚴(yán)重的回轉(zhuǎn)體、溜煤筒、底卸式箕斗等老舊機(jī)械設(shè)備,安裝上開式箕斗和KJD10型主井自動(dòng)裝卸載系統(tǒng),并將裝卸載信號系統(tǒng)引入操作臺(tái)上位機(jī),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定量裝載,提高主井提升效率。2內(nèi)容更新2.1采用新一代配電柜,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電和線路的綜合保護(hù)老配電系統(tǒng)為自制的配電盤,所有設(shè)備均裸露,經(jīng)過多年的使用,有老化現(xiàn)象,且保護(hù)功能不齊全,供電可靠性差。為適應(yīng)新電控系統(tǒng)向電網(wǎng)回饋電能和電機(jī)雙側(cè)供電的需要,保證系統(tǒng)供電可靠和安全運(yùn)行,選擇了新一代的6kV整體配電柜,共用6個(gè)配電柜,完成2個(gè)回路的進(jìn)線和4個(gè)回路的出線任務(wù),并搭配使用SNP2371N型電機(jī)智能綜保器,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全供電和電機(jī)、線路的綜合保護(hù),減小電控系統(tǒng)的資源占用,提高工作效率。2.2系統(tǒng)調(diào)度的全面及主系統(tǒng)輔助技術(shù)電控系統(tǒng)采用ASCS-6型全數(shù)字雙饋?zhàn)冾l控制系統(tǒng),并針對本系統(tǒng)雙機(jī)拖動(dòng)的特點(diǎn),增加1套整流柜、逆變柜和轉(zhuǎn)換柜,在調(diào)節(jié)柜和PLC控制柜中增加1套控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對每臺(tái)電機(jī)的矢量變頻控制。每臺(tái)控制器電流調(diào)節(jié)和磁通控制獨(dú)立,但共用1個(gè)速度控制環(huán),并在保護(hù)PLC程序塊中增加判斷程序,保證雙機(jī)同步出力。主回路原理如圖2所示。(1)主回路設(shè)計(jì)方面,采用先進(jìn)的背靠背三電平二極管鉗位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),大大減輕電路開斷時(shí)電壓變化率對功率器件和電機(jī)絕緣的影響,降低功率設(shè)備的EMI水平,減小系統(tǒng)損耗。(2)控制方式方面,通過高性能矢量控制算法,將功率變換裝置和電機(jī)作為整體考慮,在實(shí)現(xiàn)高性能調(diào)速的前提下,對整流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)、整流網(wǎng)側(cè)諧波、電機(jī)定子側(cè)功率因數(shù)等系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行調(diào)控,最大限度滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需要。(3)波形質(zhì)量方面,三電平變頻器閥側(cè)輸出相電平為九階梯波,與常規(guī)變頻器相比,電壓和電流畸變率大大減小;與多重獨(dú)立直流電源構(gòu)成的級聯(lián)型拓?fù)涞母邏鹤冾l器相比,雖然實(shí)現(xiàn)的階梯波層數(shù)較少,但由于變頻器接入點(diǎn)為高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè),電壓等級相對較低,系統(tǒng)的du/dt和波形畸變率影響將非常小,且對于電機(jī)定子側(cè)而言電流波形基本無畸變,系統(tǒng)運(yùn)行更加安全、可靠。(4)該系統(tǒng)運(yùn)用多PLC冗余技術(shù),采用了多個(gè)S7-300型PLC,完成提升機(jī)行程控制、邏輯操作和故障保護(hù)、液壓制動(dòng)控制等。將所有PLC通過MPI與Profibus雙網(wǎng)連接,從而保證了重要數(shù)據(jù)的同一性,滿足了提升系統(tǒng)對可靠性及安全保護(hù)的要求。(5)系統(tǒng)使用了上位機(jī)控制技術(shù),對各個(gè)組成部分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,及時(shí)反映系統(tǒng)運(yùn)行過程中的各種參數(shù)、狀態(tài)和故障報(bào)警。完成對系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)、提升量的統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行曲線的記錄、故障報(bào)警的記錄,并可生成各種報(bào)表。(6)Web服務(wù)器和程序服務(wù)器用于進(jìn)行客戶機(jī)訪問管理,為各客戶機(jī)提供運(yùn)行畫面、統(tǒng)計(jì)量、故障報(bào)警、報(bào)表查詢等信息,實(shí)現(xiàn)信息的共享和管理。綜合以上技術(shù),通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各系統(tǒng)聯(lián)系起來,共同構(gòu)建了基于底層數(shù)據(jù)鏈的信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了電控系統(tǒng)的自動(dòng)化,使系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化運(yùn)行,減小了誤操作,提高了系統(tǒng)安全水平。系統(tǒng)運(yùn)行速度曲線如圖3所示,可以看出,整個(gè)提升過程加速、勻速、減速等階段,實(shí)測曲線與理想曲線基本重合,且完全在包絡(luò)線內(nèi),達(dá)到了良好的速度控制效果。2.3信號控制系統(tǒng)為排除安全生產(chǎn)隱患,減少每月裝卸載機(jī)械部分檢修時(shí)間和每鉤提升撒煤量,將提升箕斗更換為上開式8t箕斗,并更換老舊的曲軌梁、回轉(zhuǎn)體等機(jī)械部分,將老信號打點(diǎn)系統(tǒng)更換為技術(shù)先進(jìn)的KJD10主井自動(dòng)裝卸載控制系統(tǒng)。采用多個(gè)限位開關(guān)和傳感器,將采集到的信號傳入PLC控制系統(tǒng),并同時(shí)傳入操作臺(tái)信號控制系統(tǒng),進(jìn)行處理及報(bào)警顯示。信號控制系統(tǒng)主要包括裝載控制、卸載控制以及信號系統(tǒng)(圖4)。裝載控制系統(tǒng)安裝在主井底裝載站,由控制柜、操作臺(tái)、信號系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)等組成,完成煤的自動(dòng)定量裝載,箕斗裝載完成后,絞車房控制系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出準(zhǔn)備就緒信號。卸載控制系統(tǒng)安裝于井口卸載站,由曲軌梁、回轉(zhuǎn)體等機(jī)械部分和信號系統(tǒng)組成,控制煤從箕斗自動(dòng)卸載到卸載站煤倉,卸載完成后綜合裝載就緒信號向絞車發(fā)出“可以提升”信號。在改造中,通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等手段,將裝卸載系統(tǒng)的信號系統(tǒng)引入到主控機(jī)操作臺(tái),實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化提升。3轉(zhuǎn)子雙饋交流變槳恒頻控制立井提升系統(tǒng)改造后,主井每鉤提升時(shí)間由以往的80s減少到65s左右,大大縮短1次提升循環(huán)時(shí)間,礦井提升能力同比增加15%～30%;采用轉(zhuǎn)子雙饋?zhàn)冾l調(diào)速技術(shù),可輕松實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行,調(diào)速過程平滑