義安礦業副井雙線制電控系統應用研究

陳 鑫

（洛陽義安礦業有限公司，河南 新安 471800）

義安礦業副井提升機采用中信重型機械公司生產的JKMD-3.5×4（Ⅲ）E 多繩摩擦式提升機，電控系統采用西門子6RA70 直流調速系統。該系統于2005 年6 月投運以來，至今連續運行已超過15 年。2021 年3 月義安礦業在原電控系統的基礎上，新增一套電控系統，形成新、老系統相互備用。副井提升系統經改造后基本實現電控、閘控、提升信號零影響，副井提升系統安全可靠性進一步增強。

1 工程背景

義安礦業副井提升機主電機采用上海電機廠生產的ZKTD215/47.5 型直流電機，電樞電壓750 V，勵磁電壓220 V，電機功率1100 kW。信號系統采用常熟市新虞電器有限公司生產的KXT7 型礦用多功能提升信號裝置兩套，形成一用一備；閘控系統采用中信重工生產E149SM 恒力矩型液壓站兩套，形成一用一備；電控系統采用西門子全數字直流調速系統，該系統減少電控系統受諧波的干擾程度，將諧波分量占電流總量的百分比控制到不大于2%，同時滿足電控系統實現停懸的要求，主要控制器采用S7-300PLC 數字控制系統，調節系統采用單勵磁裝置，通訊系統采用對講機通訊。

義安礦業副井提升電控系統已投入運行16 年，電器元件逐步老化、性能降低，影響設備的安全運轉；電控系統核心部件6RA70 直流調速裝置已停產，造成備件采購困難；主控系統S7-300PLC 頻繁出現通訊異常情況。為保證副井人員提升安全高效運行，急需對副井電控系統進行升級改造。

2 改造可靠性研究

2.1 新、老電控系統切換設計

為達到提升機電控系統實現雙線制運行的目的，新增一套雙系統切換柜和一套6RA80 傳動系統。新傳動系統主要包含勵磁柜、整流柜和切換柜，采用勵磁磁場恒定、串聯12 脈動主從控制直流調速方案。新老傳動系統切換通過雙系統切換柜手動切換。新、老系統均可通過切換柜改變電機轉子、定子供電線路，繼而均可實現對提升機閘控、信號等系統進行切換控制；另對切換系統安裝閉鎖裝置，一旦新、老系統切換過程中出現錯誤，及時停止切換及電控系統運行，防范事故發生。新、老系統切換示意圖如圖1。

2.2 主回路可靠性設計

電控系統主回路由高壓配電系統及低壓配電系統組成。為實現系統穩定、安全運行，配電系統均采用雙回路供電。其中，高壓配電系統采用不間斷電源供電且供電線路具有各項保護功能；低壓配電系統利用開關實現對雙回路的切倒。為兼顧供電系統各設備負荷及保證供電安全，系統電機容量擴容100 kW，充分保障提升機電控系統的安全、正常運行?？紤]以往提升機出現問題時不能安全、穩定停車，對電控系統中主控提升設備及裝置采用不間斷、穩壓電源的供電模式。

直流調速變頻裝置為電控系統最核心、關鍵的主電路，該電路的調節作用通過數字信號處理及半定制電路實現及觸發，使變頻裝置回饋制動，同時通過串行通信方式，實現電路調節與觸發之間按位、遵守時序的相互通信，可自動診斷變頻裝置的故障。變頻裝置功率部分為Back-to-Back 雙三電平結構，采用絕緣柵雙極型晶體管等半導體功率器件及直流濾波電容器，同時在相同的三電平結構下，整流和逆變單元使用變頻裝置回饋制動。提升機運行時主電路電流曲線如圖2。

為切實保證電控系統主回路的穩定及安全性，對主回路系統采用容錯設計，首先實現電機的單、雙繞組控制，并通過切換柜可進行單、雙繞組切換，之后利用該基礎條件，實現電控系統單繞組無故障運行，即若某一繞組端出現問題，則可切換至另一繞組端運行，始終保證電機正常運轉，進一步保證提升機的安全運行，達到容錯運行的目的。

2.3 提升工藝控制系統可靠性設計

為實現提升機控制系統的可靠性，結合提升工藝及雙線制系統實際條件，將有關工藝要求的閘控、保護、傳感器及其他信號接入兩套S7-300 型可編程控制器?？删幊炭刂破髦g通過信息傳遞應用程序接口及自動化技術現場總線標準雙網絡實現數據的銜接、交換，使提升機系統按照設計運行及停懸，切實提升控制系統的可靠性。通過將有關設備、保護及信號等接入兩套S7-300 型可編程控制器，有效解決了傳統提升機因信號、保護繁多出現不靈敏、不可靠的問題，滿足提升系統工藝控制要求。從工程理論方面進行分析，在提升系統工藝控制通過雙線制實現熱備時，系統出現問題的概率大大降低，維修工作量及時間均大幅減少，正常、平穩運行時間較傳統單線制提升系統運行時間增加1 倍。

2.4 監控、通訊系統可靠性設計

升級視頻監控系統。采用ASCS 軟件建立監控系統，該系統與可編程控制器之間通過自動化技術現場總線標準網絡進行數據的傳輸及交換，從提升機運行速度、高度及電控系統狀況等方面進行監控。加裝遠程在線診斷系統。為了保證提升系統速度、電流及電壓等基本指標的正常及穩定，針對以上指標均安裝兩套傳感器，并將傳感器接入提升機的雙線制系統，通過在可編程控制器預留插口與礦井調度室系統連接可實現遠程控制。通過遠程診斷系統對現場運行的提升機系統進行在線監視和故障診斷，提高工作效率。安排在井筒敷設一套泄漏通訊系統，井筒新裝泄漏通訊系統取代對講機通訊，實現了井筒檢修及應急通訊無盲區。

3 應用效果

義安礦業2021 年3 月完成立井提升電控系統雙線制改造，改造過程中新增如下設備：（1）新增一套雙系統切換柜和一套傳動系統；（2）更換6臺高壓開關柜；（3）提升機房增設環境監測預警系統；（4）升級視頻監控系統；（5）井筒敷設一套泄漏通訊系統；（6）加裝遠程在線診斷系統。從設計到安裝施工調試等全部環節進展高效。經過試運行系統穩定可靠，若6RA70 舊系統出現故障可及時切換到6RA80 新系統運行。通過副井提升裝備的軟硬件的升級，副井提升系統安全可靠性進一步增強。

4 結論

義安礦業基于可編程控制器及變頻裝置為核心的雙線制提升機電控系統成功應用，通過現場運行反饋，提升機雙線制電控系統實現正常切換，故障診斷、提升控制及監控、通訊系統運行可靠，系統維修工作量、難度及維修時間均大幅減少，實現提升機的無故障運行，切實保障礦井主提升系統的安全性，為類似條件下礦井提供借鑒及指導意義。