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        主井提升機雙獨立電控系統(tǒng)優(yōu)化設計

        2021-07-15 03:56:18
        機械研究與應用 2021年3期
        關鍵詞:主井提升機電控

        樊 兵

        (西山煤電集團有限責任公司,山西 太原 030053)

        0 引 言

        主井提升機是承載著礦井原煤提升任務的重要煤礦提升設備。我國傳統(tǒng)的提升系統(tǒng)由于其系統(tǒng)發(fā)熱量大、故障率高等缺點使得礦井開采的效率降低,提升礦井提升機的運行效率對于礦井高效生產(chǎn)意義重大。隨著先進的智能控制技術興起,礦井開采逐步向智能化、自動化方向發(fā)展,電動機變頻技術的出現(xiàn)使開采設備更加節(jié)能、智能。此前眾多學者對提升機變頻控制進行過一定研究。王峰, 劉自學, 張旭隆[1]針對主井提升機運行效率低、故障率高,設計了基于雙三電平變頻器與PLC為核心的礦井提升機電控系統(tǒng),實際運行效果良好,為礦井提升機改造提供參考。筆者以主井提升機電控系統(tǒng)為研究對象,通過對變頻控制系統(tǒng)進行設計達到雙電機變頻驅動的目的,從而提升電控系統(tǒng)的智能化、自動化及信息化,為礦井主井提升機運行效率的提升提供一定的借鑒參考。

        1 主井提升機控制系統(tǒng)優(yōu)化方案

        1.1 存在問題

        目前礦井的主井提升系統(tǒng)采用SIEMAG4×4型提升機,采用三個兩組反向并聯(lián)變流器形成的定子主電路,三相整流為轉子主電路,實現(xiàn)變頻調速,但原有電控系統(tǒng)雖能滿足正常的生產(chǎn),在運行過程中存在以下主要問題:①原有電控系統(tǒng)結構復雜,出現(xiàn)故障后維修難度加大;②變頻系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)熱量過大情況;③系統(tǒng)對電網(wǎng)沖擊較大,對周邊設備的干擾性較強;④系統(tǒng)出現(xiàn)故障后無法精準定位故障發(fā)生的位置;⑤設備老化嚴重,維修成本較大等。

        對原有電控系統(tǒng)提出新的優(yōu)化設計方案,選定電動機為電勵磁同步電機,電機的型號為AMZ2000FF16 MNBM,電動機的參數(shù)如表1所列。

        表1 同步電動機的參數(shù)參照表

        1.2 電機系統(tǒng)設計

        將原有電控系統(tǒng)進行撤除,安裝2套同步電機三電平調速裝置,每臺裝置中均安裝有1臺勵磁變壓器、8臺電控箱、7臺高壓柜、2臺變壓器、電抗器、切換器及操作臺等,兩個裝置系統(tǒng)間采用輔助信號及主回路轉換柜。在每臺同步電機三電平調速系統(tǒng)內設置一套全封閉式Tube閘控系統(tǒng)和卸載控制系統(tǒng)。同時為了保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性,在系統(tǒng)中增加輔助變壓器和低壓電源柜。在系統(tǒng)電機位置增加電機溫度傳感器,對電機的溫度進行檢測。在系統(tǒng)中布置潤滑油泵機、冷卻油泵電機,將信號傳感器傳輸?shù)男盘杺鬏斨罰LC,數(shù)據(jù)的顯示和報警通過上位機組態(tài)界面進行展示,從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控與報警,主井提升機控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

        圖1 主井提升機系統(tǒng)示意圖

        如圖1所示可以看出,主井提升機電控系統(tǒng)內安裝7臺高壓開關,分別為2臺進線柜,4臺高壓饋電柜和1臺PT柜,其中高壓柜的開關選用滿足安全生產(chǎn)要求的KYN28A-12型。KYN28A-12型開關具有完善的電氣閉鎖和機械必選,采用VSP-12型斷路器和綜合保護器。變壓器的選用節(jié)能變壓器,定子變壓器1臺,勵磁電壓器2臺,輔助變壓器1臺,分別的接法為:D/D-0、D/Y-11兩種,初級與次級的繞組間分別設置電屏層,附加冷卻設備,在開關柜設置溫度傳感器,傳感器將溫度顯示于上機位[2]。

        在系統(tǒng)中安裝同步變頻器,變頻器采用性能較好的矢量控制軟件,對速度、轉矩、電流、功率因素等進行控制調節(jié),系統(tǒng)的功率因素不應低于0.98。變頻器的主要功率元件為IGBT、防爆型直流濾波電容器等。變頻系統(tǒng)的母線選用塑封,數(shù)字矢量控制器為DSP+FPGA結構,數(shù)字矢量控制器能夠實現(xiàn)定子變頻控制,單位功率因素控制,速度閉環(huán)控制,故障報警診斷等功能,系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障后會立即進行診斷,對診斷結果進行分析通過上位機及時定位。系統(tǒng)安裝PLC柜,PLC柜內布置行程PLC和保護PLLC,兩臺PLC通過MPI網(wǎng)進行信息交換,對提升機的超速、過卷、行程等進行監(jiān)控。安裝井筒檢測開關,開關共12個,每個箕斗位置布置6個,每側開關依次為過卷、卸載、2 m/s、提人、減速點、同步開關。

        雙繞組變頻器主要是由調節(jié)柜、勵磁柜和交流柜組合而成,其中調節(jié)柜的尺寸設計為長寬高600 mm×2200 mm×1200 mm,在調節(jié)柜的柜門位置布置急停按鍵,方便及時控制,在柜內設置機籠、勵磁變壓器、UPS電源、觸屏等。勵磁的尺寸設計為長寬高800 mm×2200 mm×1200 mm,在勵磁柜的柜門位置布置電壓、電流的顯示儀器[3-4]。交流柜的尺寸設計為長寬高1200 mm×2200 mm×1200 mm,交流柜柜體內部放置電流、電壓傳感器、支撐電容模組等,變頻器柜如圖2所示。

        圖2 變頻器柜示意圖

        2 系統(tǒng)切換分析

        在電機運行過程中,當負載較輕時,此時雙電機運行會增大能耗,所以需要轉換為單電機運行,當負載較大時,此時需要切換成雙電機運行,所以電機間的切換對于節(jié)能十分重要。

        對主井提升機的雙系統(tǒng)進行分析,在兩套系統(tǒng)連接之間安裝一套轉換柜,轉換柜內部的接線刀閘K1和K2與交流柜直接相連,定子繞組供電需求額定電壓、額定電流分別為1500V和1000A,雙繞組同步電機有兩種運行形式,第一種為雙繞組全橋全速全載運行模型,此時的變電柜1號和2號能夠同時運行。第二種運行模式為單橋雙繞組全載半速模式,此時僅單獨1號變流柜投入使用,系統(tǒng)定子繞組切換流程示意圖如圖3所示。

        圖3 系統(tǒng)定子繞組切換流程示意圖

        主井提升機系統(tǒng)的倒換:系統(tǒng)II倒換至系統(tǒng)I,首先停用II號系統(tǒng),將系統(tǒng)的制動手柄和主令手柄全部調制零位,同時按下停車旋鈕,系統(tǒng)回路的指示燈滅,回路斷開,在操作臺分別對II號操作系統(tǒng)的交流柜1號和2號、高壓送電指示燈進行關閉,對風機旋鈕依次進行調零,將控制方式調制零位。倒換至I系統(tǒng),在完成II號系統(tǒng)的停止操作后,將液壓站的三通轉換裝置調制關閉,將I號系統(tǒng)的三通轉換裝置調至開通,將I號系統(tǒng)內的1號轉接柜K1和K2刀閘進行閉合,此時JD2和JD4繼電器指示燈亮。此時需要1號電控室的控制方式調制就地位置,分合閘處于閉合狀態(tài)。在操作臺對系統(tǒng)的風機全部調至啟動狀態(tài),指示燈亮,油泵開關處于開始狀態(tài)。此時安全回路的指示燈亮起,回路閉合,I號系統(tǒng)正常開始運轉[5]。

        3 應用效果

        所設計的提升機雙獨立系統(tǒng)進行現(xiàn)場運行,定子側的電壓電流運行波形圖如圖4所示。

        圖4 定子側電壓電流運行波形圖

        從圖中可以看出,設計后的系統(tǒng)功率變化器輸出電壓有著很好的對稱性,輸出電流呈現(xiàn)正弦分布,諧波較少,此時電機的發(fā)熱現(xiàn)象得到了大幅度的改善,同時運行具有規(guī)律性,使得噪聲減小,對提升機的沖擊減小。

        同時新設計的雙系統(tǒng)提升機通過應用具有如下優(yōu)點:

        (1) 有效提高了系統(tǒng)的可靠性,電控系統(tǒng)相互冗余、發(fā)生故障后在可在5 min內完成切換,減少了故障影響時間。

        (2) 新設計的系統(tǒng)可以實現(xiàn)運行參數(shù)、運行狀態(tài)的信息管理,有效提高升了主井提升機的信息化水平,便于檢查故障和報警,方便于系統(tǒng)的正常維修。實現(xiàn)了安全、高效運行。

        4 結 語

        對雙獨立電控主回路進行設計,給出了雙獨立電控系統(tǒng)的整體布置方案,對兩套雙三電平變頻系統(tǒng)、兩套信號系統(tǒng)、兩套閘控系統(tǒng)的進行研究,并給出了上系統(tǒng)倒換的操作流程,通過應用發(fā)現(xiàn),輸出電流呈現(xiàn)正弦分布,諧波較少,電機的發(fā)熱現(xiàn)象得到了大幅度的改善,對提升機的沖擊減小,同時實現(xiàn)了故障短時間切換,降低了運行成本,為礦井降本增效提供依據(jù)。

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