李 軍尹 剛

（1.肥城礦業(yè)集團有限責任公司，山東 肥城 271608；2.肥城礦業(yè)集團 梁寶寺能源有限責任公司，山東 嘉祥 272404）

1 煤礦主井提升系統(tǒng)

煤礦提升機電氣控制系統(tǒng)分為工頻和變頻兩種運行方式，工頻轉(zhuǎn)子申電阻調(diào)速系統(tǒng)在電機啟動時轉(zhuǎn)子電阻不僅消耗了大量能量，而且產(chǎn)生大量熱量，使周圍空氣溫度升高，嚴重影響設(shè)備散熱性能，降低設(shè)備使用壽命，尤其是夏季此種現(xiàn)象更為明顯，另外為散熱專門建設(shè)電阻室也許投入一筆費用。此外，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)接頭多、啟動時電阻切換頻繁、觸頭極易氧化或因接觸不良而發(fā)熱。系統(tǒng)維護工作量大。變頻系統(tǒng)較好地解決了上述問題，還具有如下優(yōu)點：可靠性高，抗干擾能力強，通用性強；程序設(shè)計簡單，使用方便；采用先進的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便；安裝簡便，調(diào)試方便，維護工作量?。贿m應(yīng)性強，可進行柔性生產(chǎn)。

2 主井提升系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)變頻系統(tǒng)的優(yōu)越性能，白莊煤礦對主井提升系統(tǒng)進行了改造，在原有工頻控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加設(shè)變頻系統(tǒng)，正常工作情況下使用變頻系統(tǒng)，工頻系統(tǒng)熱備用，在變頻檢修和故障情況下能立即投入使用，不但提高了生產(chǎn)效率為企業(yè)增加了經(jīng)濟效益，更加強了我礦處理應(yīng)急突發(fā)事件的能力。

白莊煤礦選用的BPDK-ZN-01SP高壓變頻的電控系統(tǒng)用交流變頻器直接驅(qū)動轉(zhuǎn)子短接的繞線式交流電機，保留原系統(tǒng)的運行方式，增加高壓變頻電控系統(tǒng)，實現(xiàn)兩套系統(tǒng)的切換運行，主要設(shè)備有：全數(shù)字主控臺、全數(shù)字高壓變頻調(diào)速柜、高壓開關(guān)柜、輔助控制柜、系統(tǒng)切換柜。

3 雙系統(tǒng)性能分析

3.1 更安全

安全回路的好壞是衡量提升機保護性能的的重要標志。白莊煤礦新型變頻系統(tǒng)將安全回路設(shè)計成PLC雙線制安全回路，一套為PLC“軟”安全回路，另一套為繼電器“硬”安全回路。提升機的保護有兩種：發(fā)生故障時立即實現(xiàn)一級或二級安全制動；發(fā)生故障時可以完成本次提升循環(huán)，不能進行下一個提升循環(huán)。

（1）P LC失效保護。當PLC自診斷發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在重大故障時，外置繼電器失電，斷開安全回路。這時可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，退出變頻控制系統(tǒng)，啟用原來的工頻控制系統(tǒng)進行提升工作，不影響提升生產(chǎn)工作和PLC維修。

（2）誤開車保護。司機疲勞時，很容易搞錯開車方向，發(fā)生過卷事故。新系統(tǒng)對開車方向進行閉鎖，當司機選錯開車方向時，提升機不能啟動和開車，只有司機的開車方向選擇正確時，才能啟動和開車。

（3）過卷保護。當提升容器超出正常車位置時，過卷開關(guān)動作，使安全回路斷開，提升機實現(xiàn)安全制動。 過卷以后，如需繼續(xù)開車，司機必須扭動過卷復位開關(guān)，安全回路才能重新接通。若司機將過卷復位開關(guān)位置扭錯，則不能開車。過卷故障解除后，司機應(yīng)將過卷復位開關(guān)重新復位后再開車。

（4）閘瓦磨損保護。當閘瓦磨損超限時，機械閘制動力不足，閘瓦磨損開關(guān)將動作，PLC會輸出保護信號，斷開安全回路，進行安全制動。待重新更換閘瓦后，方能開車。

（5）超速保護。當提升機的運行速度超過最大提升速度時，由PLC“軟”安全回路和由繼電器組成的“硬”安全路同時動作，實現(xiàn)雙重保護。

（6）減速保護。提升機在減速段運行過程中，若提升速度超過設(shè)計速度時，安全回路斷開。若提升機接近井口時仍超速，則提升機機械閘進行抱閘。

（7）深度指示器失效保護。當提升機的牌坊式深度指示器發(fā)生事故時，輸出保護觸點動作，實現(xiàn)安全制動。

（8）調(diào)繩連鎖保護。提升機調(diào)繩時，需將調(diào)繩開關(guān)置調(diào)繩位，保證提升機在全抱閘狀態(tài)下進行離合器的打開和合上。

（9）絞車保護。變頻調(diào)速裝置還具有過壓、欠壓、過流、超負荷、短路、超溫等保護，滿足煤礦安全規(guī)程要求。轉(zhuǎn)子申電阻調(diào)速裝置無電動機過負荷、缺相、超溫保護，無限速、自動減速功能，對過卷和超速只有單一保護功能。轉(zhuǎn)子申電阻調(diào)速裝置內(nèi)的鼓形控制器、正反向接觸器通過電流大，又頻繁動作，觸點易燒損；電阻發(fā)熱量大、接頭多、易氧化或接觸不良而發(fā)熱，所以維護量極大。變頻調(diào)速裝置采用無觸點控制，電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)采用計算機控制，加上變頻調(diào)速裝置的功率器件及控制計算機模件均系德國進口產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良可靠，維護量很小。

根據(jù)工頻轉(zhuǎn)子串電阻起動曲線和速度曲線看出，加速度不平滑，不能實現(xiàn)勻加速，鋼絲繩受力不均，容易出現(xiàn)震顫，加速斷繩。根據(jù)采用變頻后起動曲線和變頻系統(tǒng)四象限運行曲線，變頻系統(tǒng)下電機能平穩(wěn)加速，實現(xiàn)無級調(diào)速，過渡過程較平滑，鋼絲繩受力均衡，消除了提升機“顫抖”現(xiàn)象，延長了提升鋼絲繩等設(shè)備使用壽命。

3.2 更高效

主井采用工頻作為控制系統(tǒng)時，每月有7小時時間在處理各種機械事故，改造后主井采用雙套系統(tǒng)，正常情況下使用變頻系統(tǒng)，工頻系統(tǒng)熱備用，在變頻出現(xiàn)故障時能立即投入使用，理論上消除了機械事故處理時間。每月可節(jié)約5小時時間用于提升。白莊煤礦提升系統(tǒng)每小時提升45勾，每勾凈重6.0噸，這樣每年可多提煤炭16200T。

3.3 更節(jié)能

工頻系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子繞組串電阻進行調(diào)速，裝置在減速和重物下放時需投入動力制動，大量能量消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，不但造成能量浪費還會產(chǎn)生大量熱量，使控制系統(tǒng)周圍溫度升高，夏季嚴重影響系統(tǒng)散熱性能。而四象限變頻調(diào)速裝置在減速和重物下放操作時，能自動地將電動機的再生能量反饋至電網(wǎng)，實現(xiàn)再生反饋制動，節(jié)電效果明顯。

現(xiàn)以主井提升機為例進行分析。主井提升采用800kW／6000V異步電機，采用變頻調(diào)速裝置較串電阻調(diào)速裝置省電50%左右。網(wǎng)側(cè)變流器實行PID控制，對網(wǎng)側(cè)交流電流的大小和相位進行實時檢測并控制，使輸入電流與電源電壓保持同相位，使系統(tǒng)的功率因數(shù)總接近于1。這樣就提高了功率因數(shù)，減少了無功消耗，降低了壓損，力率調(diào)整電費減小，此項可節(jié)約電能15%左右。此外，變頻啟動啟動電流小，降低了對周圍電網(wǎng)電壓的影響，使電網(wǎng)供電更安全，性能更好。

4 結(jié)語

變頻系統(tǒng)因其各性能指標較工頻有顯著優(yōu)點，在煤炭行業(yè)和其它行業(yè)中逐步代替工頻系統(tǒng)已成必然趨勢。