直流脉动调速绞车技术在矿山更新、安装使用

肖兴德

肖兴德

云南东源罗平煤业有限公司云宝煤矿

摘要：矿山大型提升机，其电力拖动、调速、电控系统，是保障提升机是否稳定安全可靠运行的关键。科学技术的发展，直流调速电控系统、变频调速电控系统取代了交流绕线型异步电动机拖动及金属电阻的交流调速电控系统，实现了提升机的经济、合理、安全、可靠运行。

关键词：绞车；调速电控；运行比较；节能；安全；提效

矿山大型提升机（俗称绞车）是煤矿竖井及斜井的主要提升设备，这类设备选择是否正确及经济合理，在很大程度上关系着一个矿井，在长时间内能否实现正常安全生产和稳产高产。而提升机的调速及电控系统，又是保障提升机是否稳定安全可靠运行的关键。

矿山大型提升机的电力拖动，有交流绕线型异步电动机和直流电机拖动两种，而其调速及电控系统的设置，有交流串金属电阻调速电控系统、直流调压调速电控系统、交流变频调速电控系统三种方式。

鉴于技术的落后，长期以来，均采用交流绕线型异步电动机拖动及金属电阻的交流调速电控系统，其绕线型异步电动机的启动及运行都在自然机械特性曲线的电动运行区，再生发电制动区和动力制动区运行。绞车启动及运行的速度是随金属电阻的一级级接入或切除而呈阶梯形的。四象限运行特点及弊端：

①其金属电阻的分级配置，电阻值的分级计算及匹配复杂。

②调控（速）性能差，不论是采用时间继电器或可控硅替代时间计继电器的技术，其减速和爬行阶段需要附加拖动装置。

③在再生发电制动区，若不全部切出金属电阻，会发生“飞车事故”。

④其动力制动区，是将机械能变为电能消耗在转子电阻上，造成发热及烧损事故，故叫“能耗区”。

⑤运行操作比较复杂。

⑥运行功耗较高。运行费用较高。

⑦运行的可靠性较差，故此项技术运行事故较为频繁，检修维护费用较高。

云南东源煤电的后所煤矿大庆二号竖井，恩洪二号井，圭山煤矿的2米、3米绞车就是采用金属电阻的交流调速电控系统。

变频调速电控系统，采用可控硅（晶闸管）技术，实现交—直—交逆变无极变频、脉冲宽度调制型变频或交—交无极变频。属交流无极变频调速。技术性能先进、成熟，其交—直—交逆变无极变频调速，是一类交流无极变频、调压互为协调的调速方式，分恒转矩调速、恒最大Mm转矩调速、恒功率调速，而交—交无级变频（调速）器—相位循环换流器，此几项技术，易实现网络化集中控制远程诊断等管理。调速性能较好，硬件配置，电路程式都很复杂，运行操作虽较简单，但维护、检修技术难度很大，技术水平要求很高。变频机组价格昂贵，性价比高。运行可靠稳定的日本安川G7、芬兰VACON变频器，几乎是国产的两倍，国产价格也高。电动机功率在1000KW以上者宜采用。

直流脉动调速电控系统，采用可控硅（晶闸管）技术，实现交—直无级数字脉动调速。技术性能先进，四象限运行性能良好。在电动状态下，电机从电网吸收电能输出机械能：在自动调速系统过程中，由高速到低速的制动减速过程中，电动机的机械特性处于再生发电状态，在发电状态下，系统的动能通过电动机转化为电能馈赠回电网，这是绞车最经济的运行状态。在反转及能耗制动下，系统的动能通过电动机转化为电能，并消耗在电枢电路的电阻上。因此，运行可靠稳定，调速性能较好。投入较为经济合理，性价比合理。操作比较简单，易实现网络集中化控制及远程控制诊断等的管理。较宜采用于电动机功率在1000KW以下者。

经调查，在恩洪一号井（清水沟60万吨/年），经过对已经运行的多台绞车的事故、维护、检修、运行操作、功耗等多方面分析，对绞车调速电控系统的各项技术性能分析、比较，最终选择了直流无级数字脉动调数电控系统。该设备于2008年5月成功的投入生产运运行。比系统内任何一台提升机的运行效果都好。具体配置如下：

1副井提升机参数

?主机型号：JK-2.5X2.0/20E缠绕式提升机。

②提升长度：L=700米。

③减速比：20。

④最大提升速度：Vmax=3.86m/s。

⑤检查井筒及验钢绳速度：一般为0.3~0.5m/s，最大不超过2m/s。

⑥最大加速度：a=0.5m/s2

⑦主电动机参数：400KW，440V，660r/min，他励，强迫风冷。

⑧测温元件PT100共4只，过载2.1倍。

2主电源

主立井提升机房两回10KV，50Hz电源分别引自矿井地面10KV不同母线段，矿井地面10KV变电所10KV母线短路容量：最大运行方式下为350MVA，最小运行方式下为300MVA。提升机房的最低压工作电源（380V、包括励磁、液压站、控制电源）两回路，工作电源交流380V直接由0.4KV配电室供给。

3电控系统总体技术方案

3.1总体技术方案

本电控系统采用洛阳源创电气有限公司研发的“NT型提升机网络化集散控制系统”，在全数字直流电控系统的基础上，集成了近年来国内外网络及提升领域的最新技术，可以替代原装进口的同类产品，具有较进口设备更高的性能价格比。并具有更高的性能。

3.2副井提升机电控型号：TKD/SZ-NT-400KW/660V-31CI。

全数字网络化控制，具有足够的过载倍数（≧2.2）。高压供电10KV，电枢换向串联12脉动控制（如下图）、磁场恒定、数字监控器；整个电控系统分为三个部分：全数字直流调速系统、网络化操作系统、监控系统。

调速系统：采用西门子公司原装的6RA70系列+整流柜，实现磁场恒定、电枢换向串联12脉动控制；

网络化操作系统：采用FX2N双PLC双线控制配仿CZT404分体式网络化控制的操作台.

监控系统：采用台湾研发原装进口工控机系统含大屏彩色显示器、彩色打印机；

操作系统、调速系统、监控系统之间通过工业局域网络进行系统通信及信号交换，并预留与信号系统进行联网的接口，具有远程监控功能。该系统硬件配置整洁、功能强大、技术先进、安全可靠、高效节能。

3.3系统特点：

⑴根据提升机的特点，采用电枢换向串联12脉动控制、磁场恒定。当一组整流装置出现故障情况下，12脉动可手动切换为6脉动，以确保提升机能实现全载半速运行。故障当次，也不需要减少负载量，比较适合大型提升机的负载特点。

⑵加减速过程实现6/12脉动顺序控制，对电网的无功冲击较小，功率因素达0.9以上。

⑶采用了全数字速度、电流、位置闭环控制使提升机在任意速度下运行稳定可靠并保持较高的运行效率。

⑷操作和安全保护系统选用两套不同配置的日本三菱公司的S7-300系列可编程控制器，两套PLC互为CPU冗余控制。主辅PLC之间相互通信及监视，操作过程实现双线控制方式，对提升机运行关键的信号（如速度、容器位置、安全、减速、过卷等）均采用多重保护，互为监视。

⑸PLC操作控制系统能完成提升机手动、半自动、自动、慢动、换层、检修及紧急制动等各种运行方式的控制要求。控制系统根据罐位与去向之间的距离及提升种类，自动选择最大的速度，提高系统的运行效率。

手动：司机根据信号系统情况，通过速度给定器件控制提升机在额定速度以下任意速度运行，自动减速、自动准确停车，同时要受到行程控制器的限制。

半自动：在半自动运行逻辑具备条件时，司机根据系统情况通过按钮开车，让提升机完成一个提升循环，并具安全联锁；具有自动选择去向，确定运行速度等功能，自动加速、自动减速、自动准确停车。

检修：检修速度：0.3~0.5m/s。检修时手动开车。

换层与慢动：自动时，要罐所在中断的信号工直接控制提升机慢上、慢下及换层控制，手动时只能由司机操作。在任何运行方式下，司机通过急停按钮或脚踏开关实施急停操作。

故障开车：1）单桥全载半速：整流桥单桥出现故障情况下，通过手动切换使整流装置在6脉动运行，实现半速全载运行，提人时安全性比半载全速高；单桥提升时不需减少负载。

2）在PLC出现故障情况下，提升机能实现低速应急开车，速度<2m/s，并且具有《煤矿安全规程》规定的保护。

⑹具有三条安全保护回路，其中，软件全回路两条、硬件安全回路一条，关键环节采用三重或多重保护，比如过卷、超速等。多条安全保护回路之间互相冗余，保证矿山设备的高效、安全运转。轻重故障具有声、光报警或预报警。

⑺监控系统采用PIVCPU台湾产工控机作为上位机，配大屏幕彩色显示器及彩色打印机，实现多画面实时监控，多参量数码及曲线显示、记录，各种故障的报警及记录，所记录的图表、曲线多达10天以上所进行的提升循环。

⑻各子系统通过网络进行数据和信号交换实现网络化集散控制，使整个系统的外接线大量减少，整个电控系统的外部连线少于100芯，节省了安装工期及费用。

⑼系统具有远程诊断功能，通过电话网络对本提升机电控系统的各个输入口、输出口以及中间参量进行观察、分析，能够在较短的时间内确定故障的原因并找到相应的解决办法，有利于与现场使用人员的技术沟通以及快速地处理故障及问题。

⑽采取必要的硬件、软件的抗干扰措施（隔离、滤波、合理的结构及布线），确保整个系统不受电磁干扰、供电电源的干扰，并对其他设备不产生危害性的干扰。

⑾经过优化设计，使设备的性能更加强大，硬件包括接线更加整洁，如原来由继电器进行隔离的线路均由光隔完成，使继电器数码减少到最少的必要程度。

直流与交流调速方案比较

⑿整流装置的过载能力高于电动机的过载能力，确保任何负载下，整流能满足四象限安全运行要求。

⒀控制柜结构形式较为合理，电控柜为全密闭，防护等级高于IP21。

⒁整流装置的功率因数高于0.87。

结束语

所以推广使用直流脉动（调）控速绞车技术，能够确保矿山提升斜井或主井的提升运输安全，其次达到节能的目的，据测算若300KW的提升绞车电机每年节约电费近20万元。而且使用该系统设备可实现井口调度实时监控绞车的运行情况。另外，若绞车某一电控部分出现故障，它能在显示屏上显示，从而实现快速检修维护，提高绞车的使用效率。

参考文献：

[1]《煤炭科技》

[2]《矿山提升运输》