冀中能源峰峰集团吴桐庄矿2号主井调速系统改造

概述

变频调速方案是现今矿山提升系统的必要趋势。由于现在的煤矿大都是多年前设计的配套生产设备，电机大多选用安装、使用方便的异步电机，且由于开采量、提升量等因素限制，电机功率选型一般都不大（250kW-1250kW之间），有些煤矿的提升系统主驱动仍在使用30年前的绕线异步电机。对于此种中小功率提升系统的场合，国内已经有很多应用案例。

对于早先建设的年产量较大的矿井以及现在新建设的高产量矿井，大都配备了大功率同步电机直驱系统，即不加减速器，直接由电机拖动滚动来带动罐笼。以前大功率同步电机提升机的市场一直被国外产品所占领（比如ABB），国外变频系统一般采用三电平方式，存在输入、输出谐波含量重、价格昂贵、售后服务不及时等问题，且国内变频器行业内一直未有能涉足此种大功率同步电机提升系统的产品出现，基于此种情况，我公司积极研发了基于单元串联方式的高压变频器。这种变频器装置可四象限运行(100%能量回馈能力)、驱动大功率同步电机，现已成功应用于现场。

项目概况

冀中能源峰峰集团有限公司吴桐庄矿2号主井提升系统是2010年新建主井，现已基本投入生产，2号主井设计年产量可达到400万吨。待2号主井完全投入正常生产后，1号井即可停产，所以2号井的投产在未来的整个煤矿生产中占有极其重要的地位。因此，这就要求2号主井矿井提升机电力传动系统具有极高的安全可靠性、控制精度以及调速性能。

此项目为新建项目，整个提升机电控系统分为3个部分：全数字交-直-交高压变频全数字电控调速系统、网络化操作控制系统、监控系统。电控采用洛阳智超的全数字化自动控制系统，使用S7-300系列PLC作在线冗余系统，可靠性高。

传动系统：采用北京合康变频生产的同步电机矢量控制提升机专用高压变频器，变频器型号：HIVERT-TVF 06/600变频器的容量为5250kVA , 干式变压器容量5250KVA，适配电动机4200kW，满足4200kw/6kv电机的需要；

控制系统：采用西门子公司S7-400双PLC双线制控制，配组合式网络化控制的操纵台；

监控系统：采用原装进口工控机系统含大屏幕彩色显示器、激光打印机；监控软件是基于Win-CC系统下的人机接口，由许多标准软件技术构成。它用于监视和控制过程控制系统，在调试过程具有编程器的功能，汉化程度高。

控制系统、传动系统、监控系统之间通过PLC数据总线进行系统通讯及信号交换，并预留与矿井局域网进行联网的接口（opc通讯协议），具有远程诊断功能。井筒控制和信号系统与主控系统采用总线通讯方式+硬接线方式进行信息交换。

现场性能分析

      变频器稳态输出电流260A，提升时最大加速电流400A，下放时最大减速电流350A，运行稳定。

系统在重载情况下启动，变频器的输出波形很平稳，系统的启动过程均匀加速，无较大冲击电流。从图1中可以看出电流超前于电压，系统运行的功率因数基本处于超前状态。

经济效益分析

• 吴桐庄矿主井提升系统完成变频调速工程以后，具有以下优点：
• 启动转矩大，爬行区有劲儿，加、减速快速平稳，全速运行时速度保持度好。启动和加减速阶段基本不存在机械冲击，极大的延长了设备的使用寿命；
• 缩短提升时间，产量高。新系统一勾的提升时间约为110s，时间效率得到提高；
• 再生制动，能量回馈，节约电能；
• 闸瓦磨损小，输入输出谐波含量极低，对电网无污染，对周边设备无干扰。维护量小；
• 实现了软启动、软停车，减少了机械冲击，使运行更加平稳可靠。
• 起动及加、减速时冲击电流很小，减轻了对电网的冲击，简化了操作、降低了工人的劳动强度。
• 起动转距、低频转距、制动转距均符合规定的要求。
• 运行速度曲线成S形，使加减速平滑、无撞击感。
• 远控及显示正常，使操作方便、观测更直观。
• 安全保护功能齐全，除一般的过压、欠压、过载、短路、温升等保护外，还设有联锁保护、自动限速保护功能等
• 当减速制动及重物下放时，能实现能量回馈。

改造后优点

我公司自主研发的驱动同步电机、四象限运行的大功率高压变频器已经成功运行于矿井提升机大功率同步电机负载。高压同步电机全数字化矢量控制变频器具有四象限运行、启动转矩大、恒转矩输出、调速范围宽、谐波小等显著特点。填补了国内相关技术领域的空白，打破了国外持久以来的垄断现状，为民族产业的创新、开拓起到了榜样作用。