大柳煤礦副立井提升設備電氣傳動方案的確定

席海濤　張小明

摘 要：大型礦井提升設備電氣傳動方式主要有直流、交-交變頻和交-直-交變頻三種。本文結合設計實例，在滿足提升工藝要求的前提下，通過綜合技術經濟比較，合理確定方案，降低了初期投資，減少了后期維護費用。

關鍵詞：副立井 電氣傳動 直流 交直交 變頻 技術經濟

中圖分類號：TD663 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0112-02

1 項目概況

大柳煤礦設計生產能力2.4 Mt/a，服務年限54.4 a。井田采用立井開拓方式，井下布置2個綜采工作面、2個綜掘工作面和2個普掘工作面。

副立井裝備1臺JKMD-4.5×4（Ⅲ）型落地式多繩摩擦提升機，提升容器為1個四繩寬罐籠+1個四繩窄罐籠，擔負礦井人員、水泥、砂石、材料及設備提升任務。副立井井筒直徑φ7.0 m，井口軌面標高+1276.8 m，井底車場軌面標高+730.0 m，提升高度546.8 m，單水平提升。提升機按五階段速度圖進行作業，加減速度0.6 m/s2，最大提升速度8.01 m/s，最大提升載荷29 t（含平板車），計算最大靜張力差145.199 kN，單機直聯拖動，計算電動機功率1600 kW。

2 電氣傳動方案

根據副立井提升工藝要求及電動機功率，可供選擇的電氣傳動方式主要有直流、交-交變頻和交-直-交變頻三種。

直流調速具有調速控制簡單、調速性能好、負載能力強、價格低、使用成本低、售后服務方便等優點。目前，國內設備制造廠家及產品使用單位已掌握直流傳動技術，生產制造和現場維護經驗較為豐富，因此在中小功率（<3000 kW）的提升機傳動中應用較為廣泛。但直流電動機存在結構復雜、碳刷維護維護工作量較大；為改善換向能力，要求電樞漏感小、轉子短粗，導致轉動慣量大，影響系統動態性能；除勵磁外，全部功率都通過換向器輸入電樞，電動機效率較低；諧波污染大，功率因數低等缺點。

交流同步變頻電動機不存在上述缺點，其結構簡單、轉動慣量小、可靠性高、維護量小、過載能力大，氣隙大便于安裝調試，效率比直流電機高6%～10%，調速性能優良。隨著大功率電力電子技術的發展，交流調速系統已能達到直流傳動的水平。

交-交變頻矢量控制傳動在礦井提升機低速、大扭矩工況下，低頻段無脈動，受控運行性能好，在提升過程中，可實現無制動運行，大大降低對液壓制動系統的要求，系統運行的可靠性高。但交-交變頻傳動系統功率因數較低，在起動、運行中將會產生較大的高次諧波，對礦井電網造成污染，電動機的頻繁起動也將對電網會造成較大的無功沖擊，必須對此進行諧波治理和無功補償。目前，交-交變頻傳動系統的功率柜已實現國產化，僅控制器需引進。

交-直-交變頻矢量控制傳動系統，采用新型電力電子器件（IGCT）和PWM技術，動態響應快，功率因數接近于1，高次諧波分量很小，無需專門設置諧波吸收和無功補償裝置，但交-直-交變頻傳動控制系統國內生產廠家較少，主要核心設備（變頻器）及備件需進口，設備初期投資高。此外，變頻設備需要水冷，日常維護費用高。目前，國內煤礦已引進了ABB、Siemens公司交-直-交變頻傳動系統上百套，運行良好。國內徐州中礦大傳動與自動化有限公司、北京利德華福電氣技術有限公司、北京合康億盛科技有限公司相繼推出相關成套產品，價格低于同類進口設備。

3 技術經濟比較

直流、交-交變頻和交-直-交變頻三種電氣傳動方式均可滿足副立井提升工藝要求，但在技術性能、調試維護、初期投資和運行費用等方面各具優勢，表1為副立井提升設備電氣傳動方案技術經濟比較表。

通過綜合技術經濟比較，直流傳動方案具有調速性能好，過載能力強等優點，針對傳動系統功率因數低，諧波污染大，通過配置諧波吸收和無功補償裝置，提高電網功率因數，降低變流設備諧波影響，系統整體造價低，年運行費用少，性價比高，因此設計采用直流傳動方案。

4 結語

大柳煤礦副立井提升設備2010年安裝調試完畢，至今運行狀況良好，各項指標均已達到設計預期目標。就本項目而言，直流傳動方案的合理確定，直接節省初期投資約630～790萬元，年運行費用降低約11～36萬元，對降低礦井建設投資起到了積極作用，同時也為類似工程設計提供了借鑒，具有一定的參考價值。

參考文獻

[1] 孫鶴旭，遲巖，楊勇.同步機礦井提升系統的技術特點分析[J].煤炭學報，1993（2）.

[2] 任雪振，王守全.礦井提升機直流傳動系統的全數字化技術改造[J].礦山機械，2000（9）.

[3] 劉正魁，關恒祝.現代大功率礦井提升傳動系統的應用與思考[J].礦業工程，2013（2）.

[4] 王玉梅，艾永樂，王娜.礦井提升機動態無功補償方案的研究[J].工礦自動化，2009（6）.

[5] 劉善勇，陳培國，陳懷衛.大型提升機變頻調速控制技術應用[J].山東煤炭科技，2010（6）.

[6] 張曉平.礦井提升機電力拖動方案探討[J].數字技術與應用，2010（10）.

[7] 張純全.礦井提升機拖動方式確定原則的探討[J].礦山機械，2005（6）.endprint

摘 要：大型礦井提升設備電氣傳動方式主要有直流、交-交變頻和交-直-交變頻三種。本文結合設計實例，在滿足提升工藝要求的前提下，通過綜合技術經濟比較，合理確定方案，降低了初期投資，減少了后期維護費用。

關鍵詞：副立井 電氣傳動 直流 交直交 變頻 技術經濟

中圖分類號：TD663 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0112-02

1 項目概況

大柳煤礦設計生產能力2.4 Mt/a，服務年限54.4 a。井田采用立井開拓方式，井下布置2個綜采工作面、2個綜掘工作面和2個普掘工作面。

副立井裝備1臺JKMD-4.5×4（Ⅲ）型落地式多繩摩擦提升機，提升容器為1個四繩寬罐籠+1個四繩窄罐籠，擔負礦井人員、水泥、砂石、材料及設備提升任務。副立井井筒直徑φ7.0 m，井口軌面標高+1276.8 m，井底車場軌面標高+730.0 m，提升高度546.8 m，單水平提升。提升機按五階段速度圖進行作業，加減速度0.6 m/s2，最大提升速度8.01 m/s，最大提升載荷29 t（含平板車），計算最大靜張力差145.199 kN，單機直聯拖動，計算電動機功率1600 kW。

2 電氣傳動方案

根據副立井提升工藝要求及電動機功率，可供選擇的電氣傳動方式主要有直流、交-交變頻和交-直-交變頻三種。

直流調速具有調速控制簡單、調速性能好、負載能力強、價格低、使用成本低、售后服務方便等優點。目前，國內設備制造廠家及產品使用單位已掌握直流傳動技術，生產制造和現場維護經驗較為豐富，因此在中小功率（<3000 kW）的提升機傳動中應用較為廣泛。但直流電動機存在結構復雜、碳刷維護維護工作量較大；為改善換向能力，要求電樞漏感小、轉子短粗，導致轉動慣量大，影響系統動態性能；除勵磁外，全部功率都通過換向器輸入電樞，電動機效率較低；諧波污染大，功率因數低等缺點。

交流同步變頻電動機不存在上述缺點，其結構簡單、轉動慣量小、可靠性高、維護量小、過載能力大，氣隙大便于安裝調試，效率比直流電機高6%～10%，調速性能優良。隨著大功率電力電子技術的發展，交流調速系統已能達到直流傳動的水平。

交-交變頻矢量控制傳動在礦井提升機低速、大扭矩工況下，低頻段無脈動，受控運行性能好，在提升過程中，可實現無制動運行，大大降低對液壓制動系統的要求，系統運行的可靠性高。但交-交變頻傳動系統功率因數較低，在起動、運行中將會產生較大的高次諧波，對礦井電網造成污染，電動機的頻繁起動也將對電網會造成較大的無功沖擊，必須對此進行諧波治理和無功補償。目前，交-交變頻傳動系統的功率柜已實現國產化，僅控制器需引進。

交-直-交變頻矢量控制傳動系統，采用新型電力電子器件（IGCT）和PWM技術，動態響應快，功率因數接近于1，高次諧波分量很小，無需專門設置諧波吸收和無功補償裝置，但交-直-交變頻傳動控制系統國內生產廠家較少，主要核心設備（變頻器）及備件需進口，設備初期投資高。此外，變頻設備需要水冷，日常維護費用高。目前，國內煤礦已引進了ABB、Siemens公司交-直-交變頻傳動系統上百套，運行良好。國內徐州中礦大傳動與自動化有限公司、北京利德華福電氣技術有限公司、北京合康億盛科技有限公司相繼推出相關成套產品，價格低于同類進口設備。

3 技術經濟比較

直流、交-交變頻和交-直-交變頻三種電氣傳動方式均可滿足副立井提升工藝要求，但在技術性能、調試維護、初期投資和運行費用等方面各具優勢，表1為副立井提升設備電氣傳動方案技術經濟比較表。

通過綜合技術經濟比較，直流傳動方案具有調速性能好，過載能力強等優點，針對傳動系統功率因數低，諧波污染大，通過配置諧波吸收和無功補償裝置，提高電網功率因數，降低變流設備諧波影響，系統整體造價低，年運行費用少，性價比高，因此設計采用直流傳動方案。

4 結語

大柳煤礦副立井提升設備2010年安裝調試完畢，至今運行狀況良好，各項指標均已達到設計預期目標。就本項目而言，直流傳動方案的合理確定，直接節省初期投資約630～790萬元，年運行費用降低約11～36萬元，對降低礦井建設投資起到了積極作用，同時也為類似工程設計提供了借鑒，具有一定的參考價值。

參考文獻

[1] 孫鶴旭，遲巖，楊勇.同步機礦井提升系統的技術特點分析[J].煤炭學報，1993（2）.

[2] 任雪振，王守全.礦井提升機直流傳動系統的全數字化技術改造[J].礦山機械，2000（9）.

[3] 劉正魁，關恒祝.現代大功率礦井提升傳動系統的應用與思考[J].礦業工程，2013（2）.

[4] 王玉梅，艾永樂，王娜.礦井提升機動態無功補償方案的研究[J].工礦自動化，2009（6）.

[5] 劉善勇，陳培國，陳懷衛.大型提升機變頻調速控制技術應用[J].山東煤炭科技，2010（6）.

[6] 張曉平.礦井提升機電力拖動方案探討[J].數字技術與應用，2010（10）.

[7] 張純全.礦井提升機拖動方式確定原則的探討[J].礦山機械，2005（6）.endprint

摘 要：大型礦井提升設備電氣傳動方式主要有直流、交-交變頻和交-直-交變頻三種。本文結合設計實例，在滿足提升工藝要求的前提下，通過綜合技術經濟比較，合理確定方案，降低了初期投資，減少了后期維護費用。

關鍵詞：副立井 電氣傳動 直流 交直交 變頻 技術經濟

中圖分類號：TD663 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0112-02

1 項目概況

大柳煤礦設計生產能力2.4 Mt/a，服務年限54.4 a。井田采用立井開拓方式，井下布置2個綜采工作面、2個綜掘工作面和2個普掘工作面。

副立井裝備1臺JKMD-4.5×4（Ⅲ）型落地式多繩摩擦提升機，提升容器為1個四繩寬罐籠+1個四繩窄罐籠，擔負礦井人員、水泥、砂石、材料及設備提升任務。副立井井筒直徑φ7.0 m，井口軌面標高+1276.8 m，井底車場軌面標高+730.0 m，提升高度546.8 m，單水平提升。提升機按五階段速度圖進行作業，加減速度0.6 m/s2，最大提升速度8.01 m/s，最大提升載荷29 t（含平板車），計算最大靜張力差145.199 kN，單機直聯拖動，計算電動機功率1600 kW。

2 電氣傳動方案

根據副立井提升工藝要求及電動機功率，可供選擇的電氣傳動方式主要有直流、交-交變頻和交-直-交變頻三種。

直流調速具有調速控制簡單、調速性能好、負載能力強、價格低、使用成本低、售后服務方便等優點。目前，國內設備制造廠家及產品使用單位已掌握直流傳動技術，生產制造和現場維護經驗較為豐富，因此在中小功率（<3000 kW）的提升機傳動中應用較為廣泛。但直流電動機存在結構復雜、碳刷維護維護工作量較大；為改善換向能力，要求電樞漏感小、轉子短粗，導致轉動慣量大，影響系統動態性能；除勵磁外，全部功率都通過換向器輸入電樞，電動機效率較低；諧波污染大，功率因數低等缺點。

交流同步變頻電動機不存在上述缺點，其結構簡單、轉動慣量小、可靠性高、維護量小、過載能力大，氣隙大便于安裝調試，效率比直流電機高6%～10%，調速性能優良。隨著大功率電力電子技術的發展，交流調速系統已能達到直流傳動的水平。

交-交變頻矢量控制傳動在礦井提升機低速、大扭矩工況下，低頻段無脈動，受控運行性能好，在提升過程中，可實現無制動運行，大大降低對液壓制動系統的要求，系統運行的可靠性高。但交-交變頻傳動系統功率因數較低，在起動、運行中將會產生較大的高次諧波，對礦井電網造成污染，電動機的頻繁起動也將對電網會造成較大的無功沖擊，必須對此進行諧波治理和無功補償。目前，交-交變頻傳動系統的功率柜已實現國產化，僅控制器需引進。

交-直-交變頻矢量控制傳動系統，采用新型電力電子器件（IGCT）和PWM技術，動態響應快，功率因數接近于1，高次諧波分量很小，無需專門設置諧波吸收和無功補償裝置，但交-直-交變頻傳動控制系統國內生產廠家較少，主要核心設備（變頻器）及備件需進口，設備初期投資高。此外，變頻設備需要水冷，日常維護費用高。目前，國內煤礦已引進了ABB、Siemens公司交-直-交變頻傳動系統上百套，運行良好。國內徐州中礦大傳動與自動化有限公司、北京利德華福電氣技術有限公司、北京合康億盛科技有限公司相繼推出相關成套產品，價格低于同類進口設備。

3 技術經濟比較

直流、交-交變頻和交-直-交變頻三種電氣傳動方式均可滿足副立井提升工藝要求，但在技術性能、調試維護、初期投資和運行費用等方面各具優勢，表1為副立井提升設備電氣傳動方案技術經濟比較表。

通過綜合技術經濟比較，直流傳動方案具有調速性能好，過載能力強等優點，針對傳動系統功率因數低，諧波污染大，通過配置諧波吸收和無功補償裝置，提高電網功率因數，降低變流設備諧波影響，系統整體造價低，年運行費用少，性價比高，因此設計采用直流傳動方案。

4 結語

大柳煤礦副立井提升設備2010年安裝調試完畢，至今運行狀況良好，各項指標均已達到設計預期目標。就本項目而言，直流傳動方案的合理確定，直接節省初期投資約630～790萬元，年運行費用降低約11～36萬元，對降低礦井建設投資起到了積極作用，同時也為類似工程設計提供了借鑒，具有一定的參考價值。

參考文獻

[1] 孫鶴旭，遲巖，楊勇.同步機礦井提升系統的技術特點分析[J].煤炭學報，1993（2）.

[2] 任雪振，王守全.礦井提升機直流傳動系統的全數字化技術改造[J].礦山機械，2000（9）.

[3] 劉正魁，關恒祝.現代大功率礦井提升傳動系統的應用與思考[J].礦業工程，2013（2）.

[4] 王玉梅，艾永樂，王娜.礦井提升機動態無功補償方案的研究[J].工礦自動化，2009（6）.

[5] 劉善勇，陳培國，陳懷衛.大型提升機變頻調速控制技術應用[J].山東煤炭科技，2010（6）.

[6] 張曉平.礦井提升機電力拖動方案探討[J].數字技術與應用，2010（10）.

[7] 張純全.礦井提升機拖動方式確定原則的探討[J].礦山機械，2005（6）.endprint