產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
高壓變頻器在山西華燁煤礦絞車中的應(yīng)用
1引言
山西臨縣華燁煤業(yè)有限公司位于呂梁市臨縣林家坪鎮(zhèn)滴水局村南,煤礦井田面積6.971km2,生產(chǎn)規(guī)模為120萬噸/年。此次改造的礦井提升機為礦井主斜井,斜井斜長837米,傾角23°,井口安裝JK-2×1.5絞車,斜井擔(dān)負(fù)著提煤、下放大件、檢修皮帶機任務(wù)。
礦井提升機采用繞線式異步電動機拖動,電機的調(diào)速方式采用傳統(tǒng)的串電阻調(diào)速方式,該調(diào)速方式屬于落后技術(shù),存在以下缺點:
(1)大量的電能消耗在轉(zhuǎn)差電阻上,造成了嚴(yán)重的能源浪費。
(2)控制系統(tǒng)復(fù)雜,導(dǎo)致系統(tǒng)的故障率高,接觸器、電阻器、繞線電機碳刷容易損壞,維護(hù)工作量很大,直接影響了生產(chǎn)效率。
(3)低速和爬行階段需要依靠制動閘皮摩擦滾筒實現(xiàn)速度控制,特別是在負(fù)載發(fā)生變化時,很難實現(xiàn)減速控制,導(dǎo)致調(diào)速不連續(xù)、速度控制性能較差。
(4)啟動和換檔沖擊電流大,造成了很大的機械沖擊,導(dǎo)致電機的使用壽命大大降低,而且極容易出現(xiàn)“掉道”現(xiàn)象。
(5)自動化程度不高,增加了開采成本,影響了產(chǎn)量。
(6)低速段的啟動力矩小,機械特性比較軟,帶負(fù)載能力差。
針對以上這些問題,煤礦決定對原系統(tǒng)進(jìn)行改造。根據(jù)當(dāng)今科技的發(fā)展,采用技術(shù)含量較高的變頻調(diào)速,替代原來的繞線電機串電阻調(diào)速,是較理想的方案。經(jīng)礦方多方面考察多個用戶現(xiàn)場,選用了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-400T型高壓提升機變頻系統(tǒng)。
臨縣華燁煤礦絞車現(xiàn)場為單滾筒絞車,絞車設(shè)備配置如表1、表2所示。現(xiàn)場設(shè)備如圖1所示。
圖1 現(xiàn)場設(shè)備圖
2 新風(fēng)光高壓提升機變頻器系統(tǒng)的特點
新風(fēng)光電子公司是國內(nèi)較早的從事提升機變頻器研究的專業(yè)廠家,風(fēng)光牌高壓提升機變頻器被列入國家火炬計劃,產(chǎn)品榮獲國家重點新產(chǎn)品、山東省科技進(jìn)步獎,產(chǎn)品被列入國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄第一批名單。
此次變頻改造選用1臺JD-BP38-400T型高壓提升機變頻器,額定電壓10kV,額定電流29A,額定功率400kW。高壓提升機變頻器技術(shù)指標(biāo)如表3所示。
JD-BP38-400T型高壓提升變頻調(diào)速器采用進(jìn)口IGBT為主控器件,采用先進(jìn)的矢量控制調(diào)速技術(shù),以DSP為控制核心,精心巧妙科學(xué)的程序邏輯,以彩色液晶觸摸屏為人機對話界面,科學(xué)人性化的界面語言,全中文的語言顯示,便于操作及查詢。風(fēng)光牌高壓提升機變頻器,即可用于鼠籠式電機也可用于繞線式電機,即可用于新礦井配套安裝,也可用于老礦井改造。風(fēng)光10kV高壓提升變頻器,采用若干個低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出,所用的10kV高壓提升變頻器,變壓器有27組付邊繞組,每相分為9個功率單元,三相共27個單元,采用54脈沖整流,輸入端的諧波成分低于國標(biāo)規(guī)定。高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。功率單元電路如圖3所示。
圖2高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖3功率單元電路結(jié)構(gòu)
控制器核心由高速32位芯片運算來實現(xiàn),精心設(shè)計的算法可以保證電機達(dá)到較優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面,同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理,以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào),增強了系統(tǒng)的靈活性。控制器及各控制單元板中采用先進(jìn)的單片機等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù),系統(tǒng)具有極高的可靠性。此外還有一個CPU,負(fù)責(zé)管理LED顯示屏和鍵盤。
另外,控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù),低壓部分和高壓部分完全可靠隔離,系統(tǒng)具有極高的安全性,同時具有很好的抗電磁干擾性能,并且各個功率單元的控制電源采用一個獨立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器,方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場培訓(xùn),增強了系統(tǒng)的可靠性。
高壓提升變頻器是整個電控系統(tǒng)的一個核心部分,它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。它接受操作臺電控系統(tǒng)的操作命令,同時它又將運行狀態(tài),包括工作頻率、電機電流、電源電壓、電流及故障信息隨時送給電控系統(tǒng)。變頻器本身又將工作信號及工作狀態(tài)自動記錄以備查閱,依據(jù)用戶要求連接打印設(shè)備,每班數(shù)據(jù)打印,形成設(shè)備報表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進(jìn)行了隔離,避免對變頻器引入干擾。當(dāng)電機處于負(fù)力提升時,變頻器實時檢測進(jìn)行能量回饋電網(wǎng)。
3變頻改造方案
3.1主回路改造接線
改造提升機用變頻器是在原提升機電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,加裝變頻調(diào)速系統(tǒng),高壓變頻器為山東新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的JD-BP38-400T型高壓提升機變頻器,安全可靠,狀態(tài)顯示齊全,具備與絞車控制系統(tǒng)配合的各種接口,滿足現(xiàn)有的各種電器閉鎖要求,符合《煤礦安全規(guī)程》要求。改造中將原繞線電機轉(zhuǎn)子回路進(jìn)行短接處理,利用原繞線電機,節(jié)約了投資。
依據(jù)生產(chǎn)情況確定設(shè)備改造時間定于2013年11月初進(jìn)行。為不大面積影響煤礦生產(chǎn),把輔料預(yù)先下放到位,間歇性停機改造。
主回路改造原理如圖4所示:
圖4 主回路改造圖
3.2變頻控制與操作臺接口
變頻器與電控系統(tǒng)連接框圖如圖5所示。
(1)速度控制信號輸入
電控系統(tǒng)給一路4~20mA模擬量速度信號。
(2)模擬量輸出
系統(tǒng)提供兩路模擬輸出,模擬量輸出設(shè)定為4~20mA輸出電流和4~20mA輸出頻率。
(3)與操作臺遠(yuǎn)程控制
上提、下放、抱閘(松閘)、安全回路輸入、安全回路輸出、變頻就緒、故障輸出。
圖5 變頻器與電控系統(tǒng)連接框圖
3.3變頻器有關(guān)參數(shù)設(shè)置
現(xiàn)將調(diào)試中的一些參數(shù)設(shè)置介紹如下。
1、變頻器的加減速時間設(shè)置很重要,其設(shè)置根本原則有兩個方面,第一,盡可能利用變頻器自身的快速響應(yīng)功能,加減速時間盡量短,提高絞車的運行速度,提高生產(chǎn)效率;第二,最大加速度不允許超過國家安標(biāo),防止安全事故,基于以上兩點考慮,實際應(yīng)用中,變頻器從0至50Hz的加速時間設(shè)置為6s,從50Hz至0Hz的減速時間設(shè)置為6s,經(jīng)現(xiàn)場實際運行,完全滿足現(xiàn)場運行要求。
2、額定電壓(V)設(shè)置:變頻器在額定頻率時對應(yīng)的輸出電壓。星點漂移功能參數(shù):設(shè)為10009表示10000V每相9個單元,變頻器在星點漂移功能使用時,主控板在單元保護(hù)時做偏移角度計算。
3、轉(zhuǎn)矩提升(HMI V2.10)改善變頻器低頻轉(zhuǎn)矩特性,可對輸出電壓提升補償;默認(rèn)值為0,如10代表1.0%,22代表2.2%。額定電壓為10000V時,如果設(shè)置為10,則對應(yīng)電壓在最低頻率(0Hz)電壓提高100V,設(shè)置為100時,則對應(yīng)電壓在最低頻率(0Hz)電壓提高1000V;低頻補償值設(shè)為10時,則2Hz時輸出電壓為10000*[(2/50)+ 0.01]=500V在運行過程中設(shè)置不響應(yīng),停機后設(shè)置有效。本參數(shù)在調(diào)試中設(shè)定為10。
4、單元保護(hù)個數(shù):主控停機當(dāng)變頻器單元故障數(shù)目達(dá)到設(shè)定的值時,變頻器停機封鎖輸出的同時給出故障信號。本參數(shù)設(shè)定為2。
5、過壓保護(hù)值(V):當(dāng)輸入電壓值高于該設(shè)置值時,變頻器給出過壓保護(hù)。本參數(shù)設(shè)定為12000。
6、欠壓保護(hù)值(V) 當(dāng)輸入電壓值低于該設(shè)置值時,變頻器給出欠壓保護(hù)(主控程序V210的欠壓保護(hù)是必須在有輸出電流的情況下才進(jìn)行保護(hù),并且電流不能小于額定電流的30%)。本參數(shù)設(shè)定為8000。
7、有關(guān)拖動電機參數(shù)錄入:按照電機銘牌參數(shù)在變頻器相應(yīng)人機界面上輸入相應(yīng)參數(shù)即可。
8、啟動模式選擇:本提升機針對不同提升機啟動要求,有兩種模式選擇。
(1)直流制動模式:當(dāng)提升機給出方向信號和閘信號后,變頻器啟動運行;
(2)堵轉(zhuǎn)運行模式:當(dāng)提升機給出方向信號,變頻器開始運行,當(dāng)電機電流達(dá)到所需的電流閥值時,松閘信號給出,絞車開始運行。本機中該參數(shù)設(shè)置直流制動模式有效。
9、提升機單、雙鉤選擇:本提升機針對單、雙鉤提升機,有兩種模式選擇。
(1)雙鉤:適用于雙鉤運行的現(xiàn)場。
(2)單鉤:適用于單鉤運行的現(xiàn)場。本機中設(shè)置單鉤有效。
4變頻運行情況
從目前運行情況看,主井提升絞車變頻拖動后,實現(xiàn)了絞車的軟啟動、軟停止,提高了生產(chǎn)效率。據(jù)實測,當(dāng)減速及重物下放時,實現(xiàn)了制動回饋。尤其在低速段節(jié)能明顯,在提升量基本相同的情況下,變頻運行時節(jié)電量達(dá)25%以上。另外,變頻器保護(hù)功能齊全,除一般過載、短路、過欠壓、缺相等保護(hù)功能外,還設(shè)有連鎖保護(hù)、自動限速保護(hù)功能等,保證了提升機的安全運行。變頻器保護(hù)監(jiān)控精確定位。方便用戶對故障進(jìn)行診斷。變頻器故障相應(yīng)人機界面如圖6所示。A、B、C各相每個單元如果發(fā)生母線過壓、逆變過流、回饋過流、接收光纖故障、開機信號、缺相、過熱、主控接收光纖故障等故障時,均可在相應(yīng)功率單元上顯示,精確定位故障,方便用戶處理,及時采取措施,排除故障,提高了設(shè)備的可靠性。
圖6變頻器故障記錄與故障診斷界面
5結(jié)束語
提升機高壓變頻器應(yīng)用于交流提升機轉(zhuǎn)子串電阻電控系統(tǒng)改造及新提升機電控系統(tǒng)配置,提高了礦山提升機控制技術(shù)和裝備水平,絞車實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速范圍驅(qū)動,確保了提升機高質(zhì)量運行,是交流提升機電控系統(tǒng)發(fā)展的方向,也得到了越來越多的煤礦認(rèn)同,提升機變頻器應(yīng)用前景越來越廣闊。