煤礦主井提升變頻系統優化設計與實施

李 軍尹 剛

（1.肥城礦業集團有限責任公司，山東 肥城 271608；2.肥城礦業集團 梁寶寺能源有限責任公司，山東 嘉祥 272404）

1 煤礦主井提升系統

煤礦提升機電氣控制系統分為工頻和變頻兩種運行方式，工頻轉子申電阻調速系統在電機啟動時轉子電阻不僅消耗了大量能量，而且產生大量熱量，使周圍空氣溫度升高，嚴重影響設備散熱性能，降低設備使用壽命，尤其是夏季此種現象更為明顯，另外為散熱專門建設電阻室也許投入一筆費用。此外，轉子串電阻調速系統接頭多、啟動時電阻切換頻繁、觸頭極易氧化或因接觸不良而發熱。系統維護工作量大。變頻系統較好地解決了上述問題，還具有如下優點：可靠性高，抗干擾能力強，通用性強；程序設計簡單，使用方便；采用先進的模塊化結構，系統組合靈活方便；安裝簡便，調試方便，維護工作量小；適應性強，可進行柔性生產。

2 主井提升系統現狀

根據變頻系統的優越性能，白莊煤礦對主井提升系統進行了改造，在原有工頻控制系統的基礎上，加設變頻系統，正常工作情況下使用變頻系統，工頻系統熱備用，在變頻檢修和故障情況下能立即投入使用，不但提高了生產效率為企業增加了經濟效益，更加強了我礦處理應急突發事件的能力。

白莊煤礦選用的BPDK-ZN-01SP高壓變頻的電控系統用交流變頻器直接驅動轉子短接的繞線式交流電機，保留原系統的運行方式，增加高壓變頻電控系統，實現兩套系統的切換運行，主要設備有：全數字主控臺、全數字高壓變頻調速柜、高壓開關柜、輔助控制柜、系統切換柜。

3 雙系統性能分析

3.1 更安全

安全回路的好壞是衡量提升機保護性能的的重要標志。白莊煤礦新型變頻系統將安全回路設計成PLC雙線制安全回路，一套為PLC“軟”安全回路，另一套為繼電器“硬”安全回路。提升機的保護有兩種：發生故障時立即實現一級或二級安全制動；發生故障時可以完成本次提升循環，不能進行下一個提升循環。

（1）P LC失效保護。當PLC自診斷發現系統存在重大故障時，外置繼電器失電，斷開安全回路。這時可以通過轉換開關，退出變頻控制系統，啟用原來的工頻控制系統進行提升工作，不影響提升生產工作和PLC維修。

（2）誤開車保護。司機疲勞時，很容易搞錯開車方向，發生過卷事故。新系統對開車方向進行閉鎖，當司機選錯開車方向時，提升機不能啟動和開車，只有司機的開車方向選擇正確時，才能啟動和開車。

（3）過卷保護。當提升容器超出正常車位置時，過卷開關動作，使安全回路斷開，提升機實現安全制動。 過卷以后，如需繼續開車，司機必須扭動過卷復位開關，安全回路才能重新接通。若司機將過卷復位開關位置扭錯，則不能開車。過卷故障解除后，司機應將過卷復位開關重新復位后再開車。

（4）閘瓦磨損保護。當閘瓦磨損超限時，機械閘制動力不足，閘瓦磨損開關將動作，PLC會輸出保護信號，斷開安全回路，進行安全制動。待重新更換閘瓦后，方能開車。

（5）超速保護。當提升機的運行速度超過最大提升速度時，由PLC“軟”安全回路和由繼電器組成的“硬”安全路同時動作，實現雙重保護。

（6）減速保護。提升機在減速段運行過程中，若提升速度超過設計速度時，安全回路斷開。若提升機接近井口時仍超速，則提升機機械閘進行抱閘。

（7）深度指示器失效保護。當提升機的牌坊式深度指示器發生事故時，輸出保護觸點動作，實現安全制動。

（8）調繩連鎖保護。提升機調繩時，需將調繩開關置調繩位，保證提升機在全抱閘狀態下進行離合器的打開和合上。

（9）絞車保護。變頻調速裝置還具有過壓、欠壓、過流、超負荷、短路、超溫等保護，滿足煤礦安全規程要求。轉子申電阻調速裝置無電動機過負荷、缺相、超溫保護，無限速、自動減速功能，對過卷和超速只有單一保護功能。轉子申電阻調速裝置內的鼓形控制器、正反向接觸器通過電流大，又頻繁動作，觸點易燒損；電阻發熱量大、接頭多、易氧化或接觸不良而發熱，所以維護量極大。變頻調速裝置采用無觸點控制，電機的正轉、反轉采用計算機控制，加上變頻調速裝置的功率器件及控制計算機模件均系德國進口產品，產品質量優良可靠，維護量很小。

根據工頻轉子串電阻起動曲線和速度曲線看出，加速度不平滑，不能實現勻加速，鋼絲繩受力不均，容易出現震顫，加速斷繩。根據采用變頻后起動曲線和變頻系統四象限運行曲線，變頻系統下電機能平穩加速，實現無級調速，過渡過程較平滑，鋼絲繩受力均衡，消除了提升機“顫抖”現象，延長了提升鋼絲繩等設備使用壽命。

3.2 更高效

主井采用工頻作為控制系統時，每月有7小時時間在處理各種機械事故，改造后主井采用雙套系統，正常情況下使用變頻系統，工頻系統熱備用，在變頻出現故障時能立即投入使用，理論上消除了機械事故處理時間。每月可節約5小時時間用于提升。白莊煤礦提升系統每小時提升45勾，每勾凈重6.0噸，這樣每年可多提煤炭16200T。

3.3 更節能

工頻系統采用轉子繞組串電阻進行調速，裝置在減速和重物下放時需投入動力制動，大量能量消耗在轉子電阻上，不但造成能量浪費還會產生大量熱量，使控制系統周圍溫度升高，夏季嚴重影響系統散熱性能。而四象限變頻調速裝置在減速和重物下放操作時，能自動地將電動機的再生能量反饋至電網，實現再生反饋制動，節電效果明顯。

現以主井提升機為例進行分析。主井提升采用800kW／6000V異步電機，采用變頻調速裝置較串電阻調速裝置省電50%左右。網側變流器實行PID控制，對網側交流電流的大小和相位進行實時檢測并控制，使輸入電流與電源電壓保持同相位，使系統的功率因數總接近于1。這樣就提高了功率因數，減少了無功消耗，降低了壓損，力率調整電費減小，此項可節約電能15%左右。此外，變頻啟動啟動電流小，降低了對周圍電網電壓的影響，使電網供電更安全，性能更好。

4 結語

變頻系統因其各性能指標較工頻有顯著優點，在煤炭行業和其它行業中逐步代替工頻系統已成必然趨勢。