1、用戶情況

    烏海能源有限責(zé)任公司隸屬于神華集團，成立于2008年，是一個集焦煤生產(chǎn)、洗選、焦化、煤化工及矸石發(fā)電為一體的多元化新型能源企業(yè)，也是目前內(nèi)蒙古最大的焦煤生產(chǎn)基地。

    利民煤焦公司座落在鄂爾多斯高原、鄂托克草原邊陲的棋盤井鎮(zhèn)。擁有設(shè)計年生產(chǎn)能力為60萬噸的礦井、240萬噸洗煤廠、60萬噸焦化廠以及2×6MW焦?fàn)t煤氣發(fā)電廠各一座。煤礦資源儲量為11061萬噸，可采儲量為6212萬噸，利民煤礦堅持以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，大力實施“科技興礦”發(fā)展戰(zhàn)略，通過加快生產(chǎn)布局調(diào)整、實施科技自主創(chuàng)新、加大安全基礎(chǔ)投入、著力打造“生態(tài)型礦山、花園式企業(yè)”。

    在礦井的各動力設(shè)備中，提升機系統(tǒng)是最為重要、耗能最大的設(shè)備。提升機運行的可靠性直接影響礦井的產(chǎn)能，直接關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)水平。長期以來，礦用提升機普遍使用繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻的方法進行調(diào)速控制，該方法成本較低，轉(zhuǎn)矩脈動大，電機電流大，能耗高，控制電路復(fù)雜，接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞，直接影響到企業(yè)產(chǎn)能和安全生產(chǎn)水平。隨著國內(nèi)變頻器技術(shù)的逐漸成熟，越來越多的煤礦開始采用變頻器作為礦用提升絞車的控制設(shè)備，經(jīng)過利民煤礦領(lǐng)導(dǎo)的考察，反復(fù)對比，決定采用新風(fēng)光電子科技股份有限公司的生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-500T型高壓變頻器拖動礦用主井絞車。拖動電機參數(shù)表1所示，提升機現(xiàn)場如圖1所示，

圖1提升機現(xiàn)場圖

2、風(fēng)光高壓提升機變頻調(diào)速器介紹

    此次變頻改造選用1臺JD-BP38-500T型高壓變頻器，額定電壓10kV，額定電流36A，額定功率500kW。

JD-BP38-T系列高壓變頻器是新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的提升機高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，該產(chǎn)品被列為國家火炬計劃項目，榮獲國家重點新產(chǎn)品、山東省科技進步獎，被列入國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄名單，獲科技部中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項目資助。該系統(tǒng)以高速DSP（TMS320F2812）為控制核心，結(jié)合先進的無速度傳感器矢量控制技術(shù)，融合了先進的能量回饋技術(shù)，以及可靠的lGBT大電流驅(qū)動技術(shù)，是新一代高性能完美無諧波高壓變頻調(diào)速產(chǎn)品的典型代表。矢量控制功能使得異步電機啟動轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)好，調(diào)速精度高。能量回饋技術(shù)的應(yīng)用，使得功率單元串聯(lián)型高壓變頻器具備了四象限運行能力，能量可以在電網(wǎng)和電機之間雙向流動。

    矢量控制技術(shù)原理如圖2所示。

圖2矢量控制技術(shù)原理框圖

    風(fēng)光牌高壓提升機變頻器，即可用于鼠籠式電機也可用于繞線式電機，即可用于新礦井配套安裝，也可用于老礦井改造。風(fēng)光10kV高壓提升變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，所用的10kV高壓提升變頻器，變壓器有24組付邊繞組，每相分為8個功率單元，三相共24個單元，采用48脈沖整流，輸入端的諧波成分遠低于國標(biāo)規(guī)定。

    JD-BP38-T系列提升機高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由旁路柜、變壓器柜、功率柜和控制柜組成，高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。功率單元電路如圖4所示。

圖3高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4功率單元電路結(jié)構(gòu)

    控制器核心由高速32位芯片運算來實現(xiàn)，精心設(shè)計的算法可以保證電機達到最優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強了系統(tǒng)的靈活性?？刂破骷案骺刂茊卧逯胁捎孟冗M的單片機等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統(tǒng)具有極高的可靠性。此外還有一個CPU，負(fù)責(zé)管理LED顯示屏和鍵盤。

    另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個功率單元的控制電源采用一個獨立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場培訓(xùn)，增強了系統(tǒng)的可靠性。

    高壓提升變頻器是整個電控系統(tǒng)的一個核心部分，它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。它接受操作臺電控系統(tǒng)的操作命令，同時它又將運行狀態(tài)，包括工作頻率、電機電流、電源電壓、電流及故障信息隨時送給電控系統(tǒng)。變頻器本身又將工作信號及工作狀態(tài)自動記錄以備查閱，依據(jù)用戶要求連接打印設(shè)備，每班數(shù)據(jù)打印，形成設(shè)備報表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進行了隔離，避免對變頻器引入干擾。當(dāng)電機處于負(fù)力提升時，變頻器實時檢測進行能量回饋電網(wǎng)。

3、改造中的變頻器與電控系統(tǒng)的配合

    高壓提升機變頻器是整個電控系統(tǒng)的一個核心部分，它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。配合自動控制的操作臺運行時，電控臺向變頻器發(fā)出“正轉(zhuǎn)運行”、“反轉(zhuǎn)運行”和“變頻急停”三路開關(guān)量信號，以及一路4～20mA“給定轉(zhuǎn)速”信號。變頻器向電控臺發(fā)出“變頻器待機”、“變頻器故障”和“安全回路”三路開關(guān)量信號，以及用于顯示的模擬量輸出信號。電控臺控制高壓斷路器分、合閘，分別連入相應(yīng)的控制回路中。絞車上安裝的軸編碼器向電控臺發(fā)出電機轉(zhuǎn)速及絞車位置信號。電控臺接受絞車司機的操作指令。如圖5所示。

圖5變頻器與現(xiàn)場接口

    變頻器執(zhí)行電控系統(tǒng)的指令，完成啟動、停止及其加減速的動作。當(dāng)制動手柄與主令手柄推離零位后，經(jīng)過可編程控制器的運算發(fā)出模擬量（電流源）信號作為高壓變頻器的模擬輸入給定，同時發(fā)出“正轉(zhuǎn)運行”或“反轉(zhuǎn)運行”指令，高壓變頻器接收到電控臺發(fā)出的指令，按照根據(jù)絞車速度曲線圖設(shè)定好的加速時間進行升速。隨著高壓變頻器輸出頻率由最低升至最高后，提升機進入高速段。當(dāng)提升容器運行至減速點時，電控臺通過輸入給定控制變頻器，變頻器依據(jù)設(shè)定好的減速時間逐漸由最高頻率向設(shè)定的爬行速度對應(yīng)的頻率降速，提升機從高速階段進入減速段運行。當(dāng)前速度降至爬行速度時，提升機進入到低速段運行，并保持該速度。提升容器運行到卸載位置時，電控臺進行抱閘操作，同時發(fā)出“變頻器急停”指令，至此完成一次提升過程。

    整個提升機系統(tǒng)中設(shè)有深度指示失效、限速、過卷、反轉(zhuǎn)、制動油過壓、閘瓦磨損、松繩、速度監(jiān)視、制動油超溫、潤滑油超壓欠壓、變頻器的輕重故障等保護功能。系統(tǒng)能根據(jù)故障性質(zhì)做出響應(yīng)，必要時實施緊急制動，確保設(shè)備及人員的安全。

4、絞車變頻控制運行情況

    經(jīng)過設(shè)備的各項功能和參數(shù)的調(diào)試，設(shè)備各項性能指標(biāo)均達到設(shè)計要求，完全滿足現(xiàn)場實際需要，設(shè)備運行至今正常2年多，據(jù)統(tǒng)計，節(jié)電率達20%左右，保障了煤礦的正常生產(chǎn)。

    主井絞車采用變頻控制后，整個提升機系統(tǒng)具有如下特點：系統(tǒng)具有更完善的軟硬件保護環(huán)節(jié)；實現(xiàn)了電動機的真正軟啟動；實現(xiàn)了無級平滑調(diào)速，可在靜態(tài)或動態(tài)任意調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速；運行平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)差沖擊。提升操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)繩、手動、半自動、全自動運行；除常規(guī)的保護外，還具有深度指示器斷軸（斷線）保護、減速點后備保護、錯向保護、給定方向記憶保護、二級制動解除保護、減速段超速保護、自動換向等功能；系統(tǒng)能實現(xiàn)提升機運行全過程的自動監(jiān)控，對提升機運行過程中的參數(shù)及可能危及提升機正常運行的設(shè)備進行監(jiān)測，并具有故障顯示、報警功能；耗電量也大大降低，節(jié)能效果非常顯著。電控系統(tǒng)應(yīng)用靈活、運行穩(wěn)定，大大提高了提升機的安全運行，減少維護工作量，縮短了提升時間，提高了生產(chǎn)效率。

5、結(jié)束語

    煤礦生產(chǎn)是一個高耗能行業(yè)，高壓變頻技術(shù)的迅速發(fā)展為煤礦行業(yè)的節(jié)能降耗提供了一個非常有利的契機。新風(fēng)光電子公司是國內(nèi)最早的從事提升機變頻器研究的專業(yè)廠家，風(fēng)光高壓提升機變頻器填補了單元串聯(lián)式多電平高壓變頻器不能四象限運行的國內(nèi)空白，產(chǎn)品技術(shù)具國內(nèi)領(lǐng)先水平，風(fēng)光牌高壓提升機變頻器將為煤炭等礦山型企業(yè)的節(jié)能降耗提供強有力的技術(shù)支持和保障。