楊 杰

（汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)， 山西 靈石 031302）

引言

某礦主井提升機(jī)為雙鉤88 t箕斗纏繞式提升機(jī)，采用交流雙極驅(qū)動繞線電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)（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(jī)在加速狀態(tài)下的內(nèi)部電流接近100A，系統(tǒng)能耗問題比較突出。除此之外，啟動狀態(tài)下沖擊電流數(shù)值較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出額定電流，影響系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命。該礦基于以上問題，計劃實施提升機(jī)變頻改造方案。

1 主井提升機(jī)調(diào)速與故障隱患分析

1）轉(zhuǎn)子回路串接電阻電能耗費(fèi)情況更為嚴(yán)重，能源浪費(fèi)問題比較突出。

2）電阻切換操作為有級調(diào)速模式，操作人員只能分級進(jìn)行相應(yīng)操作，設(shè)備運(yùn)行不佳、性能不穩(wěn)可導(dǎo)致機(jī)械沖擊以及電氣沖擊問題，嚴(yán)重影響電機(jī)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(tǒng)安全運(yùn)行。

3）低速轉(zhuǎn)矩數(shù)值較小，轉(zhuǎn)差功率較高，導(dǎo)致啟動電流和換擋電流產(chǎn)生較嚴(yán)重的沖擊。

4）高速運(yùn)行狀態(tài)下電機(jī)振動明顯，缺乏安全可靠的制動措施。

5）操作人員工作責(zé)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(jī)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(tài)，線繞電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)滑環(huán)接觸不良幾率較大，且容易導(dǎo)致焊接部位開焊，進(jìn)而引起運(yùn)行故障。

7）三相轉(zhuǎn)子電阻和雙電機(jī)串接，占用空間較大，難以解決發(fā)熱嚴(yán)重的問題，夏季作業(yè)溫度通常在60℃以上，環(huán)境比較惡劣。

8）功率因數(shù)偏低，此種情況下無功損耗偏高，不利于節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 主井提升機(jī)變頻改造方案

1）舊系統(tǒng)不予拆除，留待備用。通過高壓變頻設(shè)備以及PLC電控設(shè)施對舊系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，該系統(tǒng)為高壓變頻調(diào)速裝置，采用四象限H橋串聯(lián)多電平技術(shù)，專供煤礦提升機(jī)使用?？紤]到現(xiàn)階段舊系統(tǒng)尚可運(yùn)行，故不予拆除處理，暫作為備用系統(tǒng)[1]。

2）手動工頻旁路切換。主井提升機(jī)變頻系統(tǒng)加裝手動工頻旁路，一旦變頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障或需要進(jìn)行檢修維護(hù)，通過切換柜即可調(diào)整為工頻旁路，切換至旁路后舊有轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)被啟用[2]。在該系統(tǒng)中，電控工藝系統(tǒng)也升級為PLC電控系統(tǒng)，可靠性進(jìn)一步提升，操作人員可通過PLC電控系統(tǒng)來控制或者切換舊有系統(tǒng)。

3 高壓變頻原理分析

該礦選用RHVC系列高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為主控柜與功率柜兩大模塊，是一種節(jié)能性突出的高新技術(shù)產(chǎn)品，引入IGBT功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)、SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)以及數(shù)字控制技術(shù)等，功率因數(shù)高，安全性能高，兼有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)[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(chǎn)生質(zhì)量較高的正弦波輸出。系統(tǒng)主控柜與功率柜相對獨(dú)立，通過光纖隔離技術(shù)隔離，保護(hù)系統(tǒng)免受抗電磁干擾，高低壓部分完全隔離，有效保障了系統(tǒng)運(yùn)行安全性[4]，如下頁圖1所示。

4 變頻改造效益評估

1）節(jié)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(chǎn)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(jié)能率提高20%。

2）煤炭產(chǎn)量提升。該礦主井提升高度為374.4m，提升機(jī)作業(yè)速度限值為7.5m/s，箕斗載重負(fù)荷為8.8t。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)要求，該礦提升機(jī)經(jīng)過高壓變頻改造處理后應(yīng)滿足設(shè)計性能的加減速度運(yùn)行要求。

變頻改造后提升機(jī)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(huán)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(yè)時長計算，煤礦提升機(jī)每年運(yùn)行時間為11個月，箕斗裝載按8 t計算，產(chǎn)量可提升至252 萬 t/年[6]。

圖1 高壓變頻系統(tǒng)原理拓?fù)鋱D

5 結(jié)論

采用高壓變頻技術(shù)改造后，該礦主井提升機(jī)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(qiáng)，電網(wǎng)功率因數(shù)也進(jìn)一步提高。實踐表明，高壓變頻器產(chǎn)品性能優(yōu)良，技術(shù)領(lǐng)先，是其他產(chǎn)品無法比擬也無法超越的，將其應(yīng)用于煤炭生產(chǎn)行業(yè)的節(jié)能改造中，可有效降低生產(chǎn)能耗，提高生產(chǎn)效率，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，這也符合現(xiàn)代社會綠色、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展理念，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

[1]聶建華，劉自學(xué).車集煤礦主井提升機(jī)電控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2014，35（7）：175-176.

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

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

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

[5]胡潘，李超一.常村煤礦主井提升機(jī)電氣系統(tǒng)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(jī)全數(shù)字化控制系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2008（2）：96-97.