楊建生

（大竹縣堡子礦業(yè)有限責任公司）

采用PLC 控制的電阻調(diào)速提升機電控裝置在啟動、換擋時會產(chǎn)生較大的沖擊電流，自動化程度較低，在減速與低速爬行過程中主要依靠工作閘來控制，對閘瓦的磨損比較嚴重，需要經(jīng)常更換，可靠性和安全性差；且電阻系統(tǒng)在運行中易發(fā)熱，造成安全隱患。堡子礦雖不屬于大型新建礦井，但為減少隔爆電阻箱在使用過程中的故障率和安全隱患，提高主暗斜井提升運輸安全性，決定對主暗斜井提升機調(diào)速裝置進行技改［1］。

1 工程概況

+250 m水平2JTB1.6×0.9-24型礦用隔爆型提升機于2004 年2 月正式投入使用，電控調(diào)速系統(tǒng)采用電動機轉(zhuǎn)子串DZB-660 型礦用隔爆型電阻箱，配TJJ-2/660礦用隔爆型絞車控制臺進行控制。根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布的《禁止井工煤礦使用的設備及工藝目錄（第三批）》：使用繼電器結(jié)構(gòu)原理的提升機電控裝置在發(fā)布之日起2 a 后禁止使用。堡子礦2012 年對該提升機電控技改時，考慮到當時礦用隔爆型變頻器調(diào)速裝置技術(shù)尚不太成熟、故障率和維修費用較高以及自身維修技術(shù)水平有限等因素，暫將電控系統(tǒng)改為了PLC 電控調(diào)速控制裝置，但預留了后期技改變頻調(diào)速裝置的相關(guān)接口，調(diào)速方式依舊是電動機轉(zhuǎn)子串DZB-660 型礦用隔爆型電阻箱。提升機存在啟動和換擋時沖擊電流較大、調(diào)速過程不平滑、系統(tǒng)運行不平穩(wěn)、隔爆型電阻箱故障率較高、電阻運行時易發(fā)熱、硐室溫度較高、閘瓦磨損較嚴重和可靠性較差等缺點，已不符合行業(yè)相關(guān)規(guī)定要求［2-3］。

2 改造方案

在選用變頻器時，通常根據(jù)異步電動機的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機實際運行中的最大電流值來選擇變頻器，再確定變頻器容量和輸出電流是否滿足電動機運行條件。變頻器過載容量通常多為125%/60 s 或150%/60 s，需要超過此值的過載容量時，必須增大變頻器的容量［4］。主暗斜井提升機型號為2JTB-1.6×0.9/24、電機型號為YBR0355S-6、電機功率為110 kW、電壓等級為660/380 V、額定電流為115/199A。在額定電壓為660 V 全負荷運行時，最大電流約為160 A，選擇1 臺BPB-200/660K 型礦用隔爆型交流變頻器可滿足需求。結(jié)合主暗斜井提升機目前正在使用的電控裝置實際情況，提出了3個技改方案。

（1）電控裝置全套更換。更換1套全新的提升機用隔爆型變頻調(diào)速電控控制裝置，包括隔爆型交流變頻器、濾波器電抗器、PLC可編程控制箱、本安操作臺等。變頻調(diào)速裝置具有過卷和過放保護、超速保護、過負荷和欠電壓保護、限速保護、提升容器位置指示保護、閘瓦間隙保護、松繩保護、減速功能保護、錯向運行保護等安全保護程序。過卷保護、超速保護、限速保護和減速功能保護設置為相互獨立的雙線型式［1］。全套設備購置費用約20萬元。

（2）替換原電控廠變頻器。利用現(xiàn)已預留有變頻器接口的PLC 可編程控制箱和本安操作臺，在原廠家購置與其配套的隔爆型交流變頻器和濾波器電抗器，由原電控廠家技術(shù)人員負責安裝、調(diào)試變頻調(diào)速電控裝置，并與現(xiàn)有的PLC 電控調(diào)速設備進行技術(shù)對接，達到變頻調(diào)速控制目的。由于需要對現(xiàn)有PLC 電控調(diào)速設備的部分程序修改、線路對接，經(jīng)多次與原廠家溝通協(xié)調(diào)，設備購置費用和技術(shù)服務費用總報價依舊高出于同類廠商價格約2～3萬元，且原廠家在本市及周邊區(qū)域銷售、使用的變頻器較少，沒有售后服務站點。

（3）購置同類型變頻器。目前34 采區(qū)提升機安裝的1套隔爆型變頻器調(diào)速控制裝置使用效果較好，且該廠家在本市及周邊類似提升機隔爆型變頻調(diào)速控制裝置使用較多，設有專門的售后服務網(wǎng)點。與該廠家協(xié)商，本安操作臺和PLC 可編程控制箱使用現(xiàn)有設備，只購置隔爆型交流變頻器和濾波器電抗器，其設備購置費用和技術(shù)服務費用總報價與同型廠商無太大區(qū)別。但該廠家為避免電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，難以分清是原PLC 電控裝置故障還是變頻器電控裝置故障，建議更換整套PLC 電控加變頻調(diào)速電控裝置。經(jīng)多次協(xié)商，依舊使用現(xiàn)有的本安操作臺和PLC 電控柜，僅購置隔爆型交流變頻器和濾波電抗器，并預留后期技改自動化、信息化相關(guān)接口。

綜合上述3種方案的利弊，購置全套隔爆型變頻器調(diào)速控制裝置費用較高，但技改后售后服務有保障。使用原本安操作臺和PLC 電控，只購置變頻器和濾波器費用較低，但不管使用任何廠家的變頻調(diào)速裝置，均需要對原PLC 電控裝置程序進行重新編程，部分控制線路進行重新調(diào)整。綜合考慮設備維護便利程度、技改費用和對礦井正常生產(chǎn)的影響程度等，決定選擇第三方案。

3 變頻器程序改進

技改后的隔爆型變頻調(diào)速裝置在調(diào)試和運行過程中，存在串車組多次無法自動摘鉤，導致未摘脫鉤的串車組連同鋼絲繩一起撞上鋼絲繩托繩裝置。提升機起車時低速運行階段松繩保護程序經(jīng)常動作，導致變頻器頻繁啟停等問題。為此，決定對隔爆型變頻調(diào)速裝置部分控制程序進行改進，并結(jié)合34 采區(qū)隔爆型交流變頻器調(diào)速控制裝置使用情況，對主暗斜井提升機電源電壓進行調(diào)整。

3.1 增加過壓減速制動停車保護

查閱變頻器相關(guān)資料，其額定運行電壓為660 V±5%，極值電壓不能超過660 V±10%，超過其極值上限電壓時，就有可能造成變頻器IGBT 模塊損壞的危險［2］。為此，技改隔爆型變頻調(diào)速裝置的同時對主暗斜井提升機供電電源電壓進行了調(diào)整，并在變頻器運行程序中，增加了過電壓減速制動停車保護，以避免電壓過高，造成變頻器IGBT 模塊和其他元器件燒壞的問題，導致運行中的提升機蹬繩、溜車、掉道、跑車等安全事故。在《煤礦安全規(guī)程》提升裝置十大安全保護規(guī)定中，對過負荷和欠電壓保護做出了規(guī)定，但未對過電壓做出明確規(guī)定，隨著PLC、變頻器等電氣設備在煤礦機電設備中使用越來越多，尤其是變頻器調(diào)速的提升機，應明確規(guī)定提升機供電系統(tǒng)和電控裝置均必須具有過電壓保護，避免電器（子）元件因過電壓燒壞，發(fā)生提升運輸安全事故。

3.2 修改減速頻率實現(xiàn)自動摘鉤

由于變頻器出廠配置的自動減速程序，串車組運行到自動減速設置位置時，運行頻率自動減至20 Hz，無論司機如何操作，自動減速后的頻率也無法超過20 Hz，其運行速度最高約1.2 m/s，達不到串車組自動摘鉤所需的運行速度，調(diào)試時多次出現(xiàn)了不能自動摘鉤現(xiàn)象。為此，對該段位置串車組運行速度和變頻器運行頻率多次調(diào)整試驗，確定將變頻器自動減速頻率修改為25 Hz，運行速度提高到約1.8 m/s，這樣既保證了串車組能自動摘鉤，又符合了保證提升容器或者平衡錘達到終端位置時的速度不超過2 m/s 的規(guī)定［1］。

3.3 松繩保護增加自動減頻功能

變頻器出廠配置的松繩保護為接入安全回路，在實際運行過程中，由于提升機司機操作和上車場無極繩推車機運行速度很難保持不一致，極易出現(xiàn)提升機初始運行階段因速度稍微過快而出現(xiàn)松繩保護動作，造成變頻器頻繁啟停，增加變頻器故障，縮短變頻器的使用壽命。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中相關(guān)要求，纏繞式提升機應當設置松繩保護裝置并接入安全回路或報警回路［1］。在符合《煤礦安全規(guī)程》的前提條件下，為使提升機運行更加平穩(wěn)，將松繩保護程序改為變頻調(diào)速裝置報警回路，并增加了自動減頻程序。當提升機運行出現(xiàn)松繩時，變頻器運行頻率自動減至5 Hz，操作臺顯示屏上出現(xiàn)松繩保護故障，蜂鳴器發(fā)出報警鈴聲，提示絞車司機控制好運行速度或短暫制動，待松繩故障消失后，變頻器運行頻率恢復正常，提升機司機方可繼續(xù)正常操作。

4 實施效果

4.1 運行控制平穩(wěn)

提升機實現(xiàn)了無級變速四象限運行、軟啟動、軟停車、零速滿轉(zhuǎn)矩，減少機械沖擊，使串車組運行更加平穩(wěn)可靠，減少對電網(wǎng)的沖擊、簡化操作、降低工人的強度。運行速度曲線成S 形，加減速平滑，無撞擊感，在控制供電質(zhì)量方面發(fā)揮著重要的作用［5］。實現(xiàn)了對調(diào)速系統(tǒng)行程速度給定的控制，自動減速保護，停車時自動抱閘停車。主控PLC 能完成手動、自動、緊急制動等運行方式的控制要求。

4.2 節(jié)能效果明顯

通過將變頻器應用于礦井提升機控制系統(tǒng)中，能夠?qū)μ嵘龣C的運行位置以及運行速度進行準確控制［5］。根據(jù)主暗斜井上車場停車點至邊坡點約20 m、斜巷長度約240 m、下車場停車點至落平邊坡點約5 m，設置上、下車場段低速區(qū)長度分別為30～50 m。啟動和制動低速運行距離在50～80 m，其低速段占30%左右，綜合節(jié)能在25%左右［6］。不僅節(jié)能效果明顯，而且降低原隔爆型電阻箱能耗制動設備運行時產(chǎn)生的溫度，改善了作業(yè)人員工作環(huán)境。

4.3 安全性能提高

變頻調(diào)速電控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性得到極大提高，減少了提升機電控運行故障率和停工影響時間，節(jié)省維修人力和維修材料，提高運輸能力，間接提高了礦井經(jīng)濟效益。技改的變頻調(diào)速不僅具有的過壓、欠壓、過載、短路等多種保護功能外，還具有開機連鎖保護、自動減速、限速保護，完全適用提升機要求的力矩大、頻繁啟停、頻繁加減速及四象限運行等運行特點。

5 結(jié)語

主暗斜井提升機技改變頻調(diào)速電控裝置充分利用了原有設備，減少了設備技改費用，符合了行業(yè)相關(guān)規(guī)定要求。在符合《煤礦安全規(guī)程》前提條件下，提出了變頻調(diào)試的提升機應具有過電壓減速制動停車保護功能，根據(jù)主暗斜井提升運輸各環(huán)節(jié)運行實際情況，對技改后的提升機變頻器原理進行了深度剖析后，對變頻器和PLC 程序進行了部分改進，使變頻調(diào)速控制裝置最大限度地適應了主暗斜井提升運輸各環(huán)節(jié)。進一步增加主暗斜井提升運輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，杜絕了原提升機電阻調(diào)速電控設備故障，影響礦井正常生產(chǎn)時間，并最大限度地節(jié)約了主暗斜井提升運輸電力成本，降低了硐室溫度、改善了硐室工作環(huán)境。同時，本次技改為礦井數(shù)字化建設奠定了基礎(chǔ)。