2018-02-09
礦井提升機(jī)作為礦山最大的電氣設(shè)備之一，其耗電量占礦山總耗電量的30%—40%，并且運(yùn)行特性復(fù)雜，速度快，慣性大，一旦提升機(jī)失往控制，不能按照給定速度運(yùn)行，就可能發(fā)生超速、過卷等重大安全事故，造成設(shè)備損壞甚至職員傷亡。因此，礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性直接影響著礦井的安全生產(chǎn)。
1、副井提升機(jī)電控系統(tǒng)多采用交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，由于采用常規(guī)繼電器控制，導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)速精度低，可靠性差，維護(hù)用度大，電機(jī)啟動(dòng)電流及切換電流沖擊大，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，易引起電氣及機(jī)械沖擊；且控制線路復(fù)雜，工作穩(wěn)定性和可靠性差，缺少故障診斷功能，排查故障困難；轉(zhuǎn)子回路串接金屬電阻，白白消耗電能造成能源浪費(fèi)；電機(jī)滑環(huán)處輕易發(fā)生接觸不良，引起設(shè)備故障，造成維護(hù)工作量增加及維修材料用度升高；并且所有接線端子裸露在外，暴露在空氣中，給提升安全帶來極大的危害。因此，對(duì)該類型提升機(jī)電控調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)是非常必要的。
2、交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速系統(tǒng)
在加速過程中，交流接觸器KM1—KM10逐級(jí)吸合，轉(zhuǎn)子回路電阻依次減小，以保證加速力矩的均勻值不變。假如要求電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行，則需在轉(zhuǎn)子回路串較大電阻。為了解決減速段的負(fù)力要求，采用動(dòng)力制動(dòng)方案，即將定子側(cè)的高壓電源切除，在定子繞組上施加低頻電源，讓電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電伏態(tài)。
這種拖動(dòng)方案存在的題目是：
（1）開環(huán)有級(jí)調(diào)速，加速度難以正確控制，調(diào)速精度差；
（2）觸點(diǎn)控制，大量使用大容量開關(guān)，系統(tǒng)維護(hù)工作量大，可靠性差；
（3）運(yùn)行效率低，在低速時(shí)大部分電能都消耗在電阻上；
（4）電機(jī)的機(jī)械特性偏軟，一般電阻上消耗的功率約為電動(dòng)機(jī)輸出功率的20%—30%；
（5）接觸器經(jīng)常吸合與斷開，噪音比較大。
此種電控調(diào)速方控制方式簡(jiǎn)單、技術(shù)性能和運(yùn)行效率低，不符合《機(jī)電安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)》要求：提升系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)PLC控制。不適應(yīng)目前節(jié)能減排新形勢(shì)的要求，是這次電控系統(tǒng)改造的主要原因所在。
二、技術(shù)改造的理由
隨著礦原煤產(chǎn)量的不斷提升，開掘工作量急劇上升，特別是三水平重點(diǎn)工程，隨著該工程的快速開拓，礦井排矸量也相應(yīng)地增加，在現(xiàn)有提升條件下，副井提升系統(tǒng)只能采用壓縮檢驗(yàn)時(shí)間來滿足生產(chǎn)需要。
副井提升電控系統(tǒng)現(xiàn)使用的電控裝置為JKMK—J—B—300I型常規(guī)繼電器控制系統(tǒng)，采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的方式，此調(diào)速方式技術(shù)相對(duì)落后，無效功耗過大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且運(yùn)行效果很不理想該系統(tǒng)由常規(guī)的繼電器、自整角機(jī)、磁放大器等電氣元件組成邏輯控制電路。電氣控制系統(tǒng)固然設(shè)計(jì)有多種控制功能，但有些功能在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)起來非常困難；并且控制邏輯功能使用了大量的電氣觸點(diǎn)，這些觸點(diǎn)又都是暴露在空氣中，受灰塵和大氣氧化的影響，時(shí)有失效現(xiàn)象發(fā)生；再加上有些功能是電參量與機(jī)械閘形成閉環(huán)控制，跟隨性很差，導(dǎo)致電氣保護(hù)功能、控制精度和可靠性較差，控制系統(tǒng)相關(guān)的保護(hù)功能失效，系統(tǒng)運(yùn)行安全得不到保證，而且維護(hù)工作量較大。
提升系統(tǒng)在調(diào)速區(qū)運(yùn)行時(shí)，速度的調(diào)節(jié)和控制主要方法是在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻和利用工作閘來調(diào)整拖動(dòng)力矩，在調(diào)速過程中大量電能白白消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，不但造成了大量電能的浪費(fèi)和調(diào)速電阻工作溫度升高，壽命縮短，維護(hù)量和維護(hù)用度增大，而且電阻室空間空氣溫度很高（夏季溫度在50℃以上）。
提升系統(tǒng)工作在加速、減速、爬行區(qū)的時(shí)間占全程運(yùn)行時(shí)間的70%，司機(jī)需要頻繁操縱來完成提升工作，司機(jī)頻繁操縱且極易疲憊。
因此，對(duì)該系統(tǒng)電控進(jìn)行技術(shù)改造，解決系統(tǒng)存在的題目和弊病，提升系統(tǒng)安全運(yùn)行系數(shù)，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能運(yùn)行非常必要。
礦領(lǐng)導(dǎo)通過考察國(guó)內(nèi)用戶現(xiàn)場(chǎng)使用提升機(jī)變頻器的實(shí)況后，決定選用江蘇和訊自動(dòng)化設(shè)備有限公司的鎮(zhèn)江偉創(chuàng)高壓變頻器，對(duì)副井提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。將現(xiàn)使用的JKMK—J—B—300I型電控系統(tǒng)更新改造為JKMK/GBP-NT-1250KW/6KV型全數(shù)字高壓變頻提升機(jī)電控系統(tǒng)，副井絞車提升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變頻器+PLC控制，提升性能夠按照預(yù)定的速度圖要求實(shí)現(xiàn)平滑的起動(dòng)、運(yùn)行、減速、爬行、制動(dòng)和停車。
三、 方案實(shí)施
拆除原有電控系統(tǒng)的電力拖動(dòng)部分，重新安裝一套全數(shù)字高壓變頻提升機(jī)電控系統(tǒng)。全套提升電控主要由高壓配電系統(tǒng)、高壓變頻器、低壓電源柜、提升數(shù)控柜、全數(shù)字高壓變頻系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化操縱臺(tái)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成。操縱系統(tǒng)選用西門子公司原裝PLC（S7系列）作為操縱控制中心，采用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的工藝控制和安全保護(hù)；安全保護(hù)采用以軟件、硬件兩路安全回路實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。
該電控系統(tǒng)具有活躍前端能量回饋特性的四象限變頻器，直接向鼠籠式交流電機(jī)供電，構(gòu)成高性能、數(shù)字化的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。具有優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良機(jī)械特性，不僅提升工藝過程優(yōu)良，具有啟動(dòng)力矩大，過載能力強(qiáng)、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，而且節(jié)能效果明顯，使得整機(jī)效率大大進(jìn)步。
采用偉創(chuàng)高壓變頻調(diào)速裝置將50Hz工頻變成0~50Hz連續(xù)可調(diào)的變頻電源，電動(dòng)狀態(tài)時(shí)從電網(wǎng)吸取能量，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)力；制動(dòng)狀態(tài)時(shí)工作于逆變狀態(tài)，將能量返回電網(wǎng)，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)力，完成對(duì)電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速、驗(yàn)繩、低于額定速度運(yùn)行等控制過程。此外，調(diào)速柜柜門上設(shè)置有觸摸屏控制主界面，具有運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)記錄，運(yùn)行故障查詢和參數(shù)設(shè)定功能。
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