選礦廠球磨機電控動力系統技術改造

夏友汝　韓澤元　趙路

摘要：徐州鐵礦集團選礦廠1#、2#MQG2700×2100球磨機啟動困難，在啟動過程中高壓電動機定子線圈和轉子線圈有火花噴出，造成高壓開關柜的少油斷路器噴油。為此，球磨機進行了電控技術改造及高壓電動機選型更換。通過對球磨機的技術改造，總結了改造前和改造后電控及電動機的優缺點，使球磨機的電控各項性能指標達到了安全規程的要求。

關鍵詞：選礦廠；球磨機；電控動力系統；高壓電動機；技術改造 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD928 文章編號：1009-2374（2015）23-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.014

徐州鐵礦集團選礦廠1#、2#球磨機是20世紀70年代中期建設選礦廠時購買沈陽重型機器廠稀油潤滑滑動軸承的設備，其設備型號為MQG2700×2100，自重69156kg，最大裝球量24000kg，兩臺球磨機的高壓開關柜是敞開式其型號為GGA，斷路器的型號為SN10-Ⅱ少油斷路器，轉子開關柜為頻敏變阻器，直流電源控制，兩臺繞線式高壓電動機，其型號為JR1410-8、額定功率為280kW、額定電壓為6kV、滿載時定子電流為35.7A、效率92.3%、最大轉矩/額定轉矩為2.55、轉子電壓為550V、轉子電流為309A。該兩臺球磨機已運行有30多年。改造之前球磨機啟動非常困難，需要借助廠房內行車進行盤車，有時在啟動過程中高壓電動機定子線圈和轉子線圈有火花噴出，造成高壓開關柜的少油斷路器噴油，頻敏電阻器燒壞，使安全生產得不到保障，設備存在安全隱患，嚴重影響生產，造成維護人員的維護時間長，能源浪費，生產成本增加，需要對球磨機電控動力系統進行改造。

1 選礦廠1#、2#球磨機改造

1.1 第一次改造

第一步對球磨機高壓控制部分進行改造。方案是淘汰兩臺GGA敞開式高壓開關柜，更新兩臺鎧裝中置式高壓開關柜，型號為KYN28-12。經過實地考察、多方面論證，決定采用鎧裝磁閥式高壓固態軟啟動裝置，其型號為HDQ，兩臺高壓電動機由原來的繞線式改為鼠籠式，就是對電動機滑環去除，把轉子繞組短接成Y接法。其工作原理為采用高壓磁閥式可控電抗器技術，高壓磁閥式可控電抗器的繞組分為高壓繞組和低壓直流繞組，該技術以西門子PLC-200控制低壓晶閘管的導通，通過控制晶閘管的導通角來改變控制高壓磁閥式可控電抗器低壓直流繞組中直流部分，根據直流電流的大小改變高壓磁閥式可控電抗器鐵芯的導磁率大小，從而改變高壓磁閥式可控電抗器高壓繞組的阻抗大小，從而達到降壓限流的目的，實現無級級調速。

其高壓磁閥式可控電抗器的高壓阻抗變化過程與晶閘管導通輸出直流電流變化一致，克服了晶閘管耐電壓低的缺點，充分利用了低電壓直流控制高電壓的優點，特別適用于高壓電動機及超大容量的高壓電動機。在高壓電動機的定子回路串入高壓磁閥式可控電抗器可以平滑改變高壓磁閥式可控電抗器的阻抗，通過高壓磁閥式可控電抗器控制系統，調整控制高壓磁閥式可控電抗器的低壓直流繞組中直流電流的大小，從而實現了高壓磁閥式可控電抗器的阻抗由大到小無極調速，高壓電動機端電壓逐漸上升至全電壓6kV，實現高壓電動機的無沖擊固態軟啟動。當高壓電源進線柜斷路器合閘時（QF合閘），供電系統6kV電壓加至高壓電動機（M）和串聯的高壓磁閥式可控電抗器兩端。合閘瞬間，由于無沖擊固態軟起啟高壓磁閥式可控電抗器的電抗值較大，在無沖擊固態軟啟動高壓磁閥式可控電抗器將高壓電動機的初始起動電流限制在額定值的1.5～2.0倍之間，啟動時間設定為2s，故對高壓電動機的沖擊很小。隨后，無沖擊固態軟啟動高壓磁閥式可控電抗器的電抗值快速減小，啟動電流迅速增加到設定值為2.8倍啟動電流。高壓電動機轉速線性增大，高壓電動機端電壓增大，采用閉環控制，減小高壓磁閥式可控電抗器的電抗值，使高壓電動機電流維持恒定值為2.8倍額定電流值。此時，高壓電動機端電壓增加，高壓電動機轉速平滑上升。隨著高壓電動機加速到接近額定轉速時，高壓電動機電流將下降至額定電流，當電流降至高壓電動機額定電流的1.1倍時，時間繼電器迅速閉合，使無沖擊固態軟啟動柜的高壓真空接觸器合閘（KM合閘），將無沖擊固態軟啟動高壓磁閥式可控電抗器旁路，高壓電動機平穩進入全電壓工作狀態，無任何二次沖擊，啟動過程結束。無沖擊固態軟啟動裝置的采用高壓磁閥式可控電抗器，該高壓磁閥式可控電抗器應用獨創的磁閥結構、極限磁飽和技術、自耦勵磁結構，性能優良，可靠性極高，啟動時對電力系統沖擊諧波小，不會產生5次諧波和7次諧波，為電力供電系統的綠色電網創造了良好的開端，同時大大提高了高壓固態軟啟動裝置的可靠性。2012年5月放假期間對控制部分進行了改造，控制原理詳見附圖1：

第一步改造完成后，球磨機高壓電控安全運行近兩年。2014年5月1#球磨機電動機運行電流突然增大約8A，并且啟動困難，不敢停車，停車后需多次啟動，才能正常運行。由于電動機本身因使用年限已久，效率低下，老化嚴重，由于高壓電動機經過了多次反復修理，各項性能指標急劇下降，且JR1410-8型號電動機屬于高能耗淘汰產品，不能繼續使用，對此進行了第二步改造。

1.2 第二次改造

方案為對兩臺JR1410-8型三相異步高壓電動機重新選型，進行更換。經過實地考察，多方面論證，決定采用西安電機廠鼠籠式YHP500-8A三相異步高壓電動機，此型號電動機滿足球磨機重載啟動、啟動力矩很大的特點，滿足使用要求。電動機額定功率為315kW、額定電壓6kV、額定電流46.6A、效率93%；堵轉電流/額定電流為7.5、堵轉轉矩/額定轉矩為2.0。JR1410-8型電動機機身短、高，聯軸器安裝軸軸徑、定位尺寸均小，YHP500-8A型電動機機身細、長，聯軸器安裝軸軸徑、定位尺寸均偏大，造成新舊電動機中心高不一致，T3型膠板彈性聯軸器不能通用，新電動機中心高偏低、地腳螺栓安裝尺寸不一致，為了保證不動原有基礎，利用原來的地腳螺栓，需重新設計制作專用電動機底座及專用半聯軸器。2014年10月國慶放假期間及2014年12月底元旦放假期間對兩臺電動機先后進行了更換。專用聯軸器及專用底座詳見圖2、圖3。

2 改造前后電控及電動機的優缺點

改造之前球磨機存在重大的安全隱患。高壓電控經常出現故障，不是繞線式高壓電動機的線圈接地就是匝間短路，造成繞線式高壓電動機的導磁率急劇下降，使繞線式高壓電動機輸出轉矩達不到額定轉矩，使繞線式高壓電動機啟動非常困難，需要借助外力進行盤車，有時需要連續啟動好幾次才能正常運行，這樣就造成繞線式高壓電動機的定子線圈的溫度急劇上升，在啟動過程中線圈有火花噴出，繞線式高壓電動機經常燒壞定子線圈和轉子線圈，造成高壓開關柜的少油斷路器噴油，頻敏電阻器燒壞，以上問題使安全生產得不到保障，經常停產，嚴重影響生產，造成維護人員的維護時間長，增加維護人員的勞動強度，增加生產成本。改造之后球磨機能達到一次性啟動，啟動時不需要借助外力，高壓電控得到了保障，生產得到了保障，消除了啟動工程中存在的安全隱患，減少了維護量，降低了維護人員的勞動強度。

3 結語

（1）改造前平均每月處理一次電控故障、事故，現在事故為零；（2）改造在節假日期間，不影響生產、用時短；（3）不需要重新澆灌高壓電動機基礎，造價低、耗時短；（4）能一次性啟動，效果好；（5）選用高效率電動機，既節能、又降耗。總的來說，本次改造既消除了安全隱患，又保障了生產，保證了選礦設備的正常運行，提高了生產效率，同時為其他類似的技術改造提供了有力的借鑒作用。

參考文獻

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[5] 陳金星，尤海峰.電動機檢修實訓[M].北京：中國電力出版社，2001.

作者簡介：夏友汝（1966-），男，江蘇徐州人，徐州鐵礦集團有限公司機電一體化助理工程師，研究方向：礦山機電保護、校驗及電氣設備管理；韓澤元（1984-），男，青海海東人，徐州鐵礦集團有限公司機械工程助理工程師，研究方向：礦山機械的應用和礦山設備管理；趙路（1990-），男，江蘇徐州人，徐州鐵礦集團有限公司電氣工程及其自動化助理工程師，研究方向：礦山機電保護、校驗及電氣設備管理。

（責任編輯：周 瓊）