高壓變頻器在煤礦主井提升機改造中的應用分析

楊 杰

（汾西礦業兩渡煤業， 山西 靈石 031302）

引言

某礦主井提升機為雙鉤88 t箕斗纏繞式提升機，采用交流雙極驅動繞線電機串電阻調速系統（6 kV、630 kW），投切方式為接觸器控制電阻，加時間平均在20s左右，從減速爬行開始到停車時間總計約為29s。電機在加速狀態下的內部電流接近100A，系統能耗問題比較突出。除此之外，啟動狀態下沖擊電流數值較高，遠遠超出額定電流，影響系統運行穩定性和使用壽命。該礦基于以上問題，計劃實施提升機變頻改造方案。

1 主井提升機調速與故障隱患分析

1）轉子回路串接電阻電能耗費情況更為嚴重，能源浪費問題比較突出。

2）電阻切換操作為有級調速模式，操作人員只能分級進行相應操作，設備運行不佳、性能不穩可導致機械沖擊以及電氣沖擊問題，嚴重影響電機軸承、鋼絲繩、減速器齒輪性能和壽命，并且從整體上擾亂系統安全運行。

3）低速轉矩數值較小，轉差功率較高，導致啟動電流和換擋電流產生較嚴重的沖擊。

4）高速運行狀態下電機振動明顯，缺乏安全可靠的制動措施。

5）操作人員工作責任心以及操作熟練程度可能會直接干擾提升時間或者電機電流，特別是夜間值班時容易疲倦，安全隱患較大。

6）如果長時間處于工作溫度過高的狀態，線繞電機轉子出現滑環接觸不良幾率較大，且容易導致焊接部位開焊，進而引起運行故障。

7）三相轉子電阻和雙電機串接，占用空間較大，難以解決發熱嚴重的問題，夏季作業溫度通常在60℃以上，環境比較惡劣。

8）功率因數偏低，此種情況下無功損耗偏高，不利于節能經濟運行。

2 主井提升機變頻改造方案

1）舊系統不予拆除，留待備用。通過高壓變頻設備以及PLC電控設施對舊系統進行改造升級，該系統為高壓變頻調速裝置，采用四象限H橋串聯多電平技術，專供煤礦提升機使用。考慮到現階段舊系統尚可運行，故不予拆除處理，暫作為備用系統[1]。

2）手動工頻旁路切換。主井提升機變頻系統加裝手動工頻旁路，一旦變頻系統出現故障或需要進行檢修維護，通過切換柜即可調整為工頻旁路，切換至旁路后舊有轉子串電阻調速系統被啟用[2]。在該系統中，電控工藝系統也升級為PLC電控系統，可靠性進一步提升，操作人員可通過PLC電控系統來控制或者切換舊有系統。

3 高壓變頻原理分析

該礦選用RHVC系列高壓變頻調速控制系統，該系統分為主控柜與功率柜兩大模塊，是一種節能性突出的高新技術產品，引入IGBT功率單元串聯多電平技術、SPWM脈寬調制技術以及數字控制技術等，功率因數高，安全性能高，兼有高效節能的優點[3]。功率柜采用三相Y接輸出模式，逆變器輸出則是每相5個功率單元輸出的SPWM波相疊加，產生質量較高的正弦波輸出。系統主控柜與功率柜相對獨立，通過光纖隔離技術隔離，保護系統免受抗電磁干擾，高低壓部分完全隔離，有效保障了系統運行安全性[4]，如下頁圖1所示。

4 變頻改造效益評估

1）節能效果顯著。第一，變頻改造前主井平均噸煤電耗約為440萬kWh，煤炭產量為220萬t，因此噸煤電耗平均為2 kWh；第二，變頻改造后該礦主井噸煤電耗降至1.6 kWh/t，節能率提高20%。

2）煤炭產量提升。該礦主井提升高度為374.4m，提升機作業速度限值為7.5m/s，箕斗載重負荷為8.8t。根據《煤礦安全規程》相關要求，該礦提升機經過高壓變頻改造處理后應滿足設計性能的加減速度運行要求。

變頻改造后提升機提升操作耗時共計69.6 s，裝卸載用時不超過6～10 s，因此一個完整的提升循環耗時最多為79.6 s，綜合其他因素估算為83 s。按照每天22 h的作業時長計算，煤礦提升機每年運行時間為11個月，箕斗裝載按8 t計算，產量可提升至252 萬 t/年[6]。

圖1 高壓變頻系統原理拓撲圖

5 結論

采用高壓變頻技術改造后，該礦主井提升機工況良好，噸煤提升能耗平均降低20%，礦井提升能力明顯增強，電網功率因數也進一步提高。實踐表明，高壓變頻器產品性能優良，技術領先，是其他產品無法比擬也無法超越的，將其應用于煤炭生產行業的節能改造中，可有效降低生產能耗，提高生產效率，為煤礦企業創造出可觀的經濟效益與社會效益，這也符合現代社會綠色、節能、環保的發展理念，值得進一步推廣應用。

[1]聶建華，劉自學.車集煤礦主井提升機電控系統國產化改造應用[J].煤礦機械，2014，35（7）：175-176.

[2]楊德.分析煤礦主井提升機綜合后備保護系統的改造[J].科技與企業，2015（7）：251.

[3]張豪，黨鐵果，張長友，等.煤礦主井提升機電控系統關鍵技術研究[J].山東煤炭科技，2016（4）：110-111；117.

[4]李明.煤礦主井提升機綜合后備保護系統的改造與實踐[J].科學咨詢，2014（36）：56-57.

[5]胡潘，李超一.常村煤礦主井提升機電氣系統改造效果分析[J].煤，2012，21（6）：71-73.

[6]王汝慶，崔培賢，張建鵬，等.楊村煤礦主井提升機全數字化控制系統的研制與應用[J].山東煤炭科技，2008（2）：96-97.