浅谈变频绞车在煤矿提升系统中的应用及注意事项

摘要：提升绞车在煤矿系统中担负着提升运输任务，是矿井提升煤炭、矸石、材料及运送人员的关键设备。随着变频器不断发展和应用，变频绞车也在煤矿系统中得到推广应用，变频绞车能够实现无级调速、降低能耗、故障少、维护方便等良好效果，使煤矿绞车系统迈上了一个新的台阶。

关键词：变频绞车；提升系统；变频器；煤矿系统

中图分类号：TD633 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0120-03

我矿2012年在井下+150水平安装一套变频绞车JTPB-1.6×1.2/20电机功率160kW为六采区主下山提升服务。绞车机械部分由重庆远和矿山机械制造有限公司生产，绞车电控系统由洛阳源创电气有限公司生产的提升机变频控制系统。电控设备由变频控制柜、PLC控制柜、司机操作台等组成，于2012年8月2日调试完毕进行提升运行，系统实现PLC控制、变频调速，系统实现过卷、减速过速、急停、通讯故障、变频器故障、测速断线保护、制动油压过高、深度指示器断轴、松绳等故障的检测，并进行安全制动。

1 变频调绞车应用效果分析

1.1 节电效果好

据相关的调查资料显示，新型的变频调速器具有不同程度的能量回馈功能，能够在提升绞车下放的过程中将机械的能量转化为电能并顺利地输送到电网当中。同时，新型的变频调速器在运行过程中还能够有效消除和减少调速过程中电阻能耗所散发出的热量。改造后的变频绞车的节电率与改造前的变频绞车节电率提升了20%～25%。

1.2 安全性能高

新型的变频调速器在启动过程中对电流频率的要求较小，正常情况下，都能十分顺利地完成启动，起步的平稳性较之前也得到了较为明显的提高，运行速度受负载量变化程度的影响较小，安全性能在整体上得到了提高。

1.3 维修成本低

新型的变频调速器在运行过程中极少出现故障，即使出现故障也都是一些较小的问题，所需的维修成本较低，从而在侧面上减少了维修工作量。同时，由于新型变频调速器的节电效果较好，从而有效地避免了因电阻发热影响作业质量的现象。

1.4 工程量小

变频绞车机房峒室相对较小，比较简单，与老绞车相比可节省10平方米面积，土建工程量较小，费用较少。

1.5 设备简单

变频绞车设备相对较简单，安装调试方便。

2 变频器的工作原理

交流电动机的转速表达式：

n=60f（1-s）/p （1）

式中：

n——异步电动机的转速

f——异步电动机的频率

s——电动机转差率

p——电动机极对数

由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

通过改变电机定子供电频率来控制电机的转速是提升绞车系统中变频工作的主要原理。

2.1 正常的逆变过程

逆变过程是绞车电机作为电动机运行的过程中的重要组成部分，主要由三个方面构成，分别为整流、滤波和正常逆变。正常逆变作为核心部分，在变频绞车的运行过程中具有十分重要的作用和意义。通过对电机定子的供电频率进行调节，从而在根本上控制电压和输出，具有十分重要的调速作用。

2.2 能量回馈过程

能量回馈过程作为除正常逆变过程之外也是电动机运行过程中重要组成部分。主要是由整流、回馈逆变和输出滤波三大部分共同构成了电动机的能量回馈过程。回馈逆变作为整个能量回馈过程中最为关键的部分，直接左右和影响着能量回馈过程输出电压和电网电压相位的统计性和协调性。据相关调查数据指出，目前我国多数的矿区电业的平稳性较差，前后波动数值相差较大，因此变频绞车在矿区运行过程中，还需要在煤矿系统中增加一个特定的刹车部分，从而就能够在整体上提高变频器运行过程中的安全性和可靠性，将事故的发生几率控制在最小范围

之内。

3 变频器的选用

煤矿绞车提升的运行负荷比较大，具有较大惯性，负载的特点是启动时冲击很大，因此要求变频器有一定余量。同时，在重物下放时，会有能量回馈，因此要使用制动单元或采用共用母线方式。与其他传动机械相比对变频器有着更为苛刻的安全性能上的要求，它可以对所有交流电动机的核心变量进行控制，并把定子磁通、转矩作为主要控制变量。高速信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机状态更新，对负载的变化和瞬时掉电，能做出迅速响应。我矿六采区绞车采用了洛阳源创电气有限公司开发的NX1-261A/690V变频器，与绞车主电机（型号YBPT355S-6，功率160kW，额定电压660V，额定电流170A，转速990r/min，功率因数cosφ0.88）相配套，运行过程系统安全可靠，保护齐全灵敏，满足《煤矿安全规程》要求，各项性能指标达到规程及设计要求。

4 注意事项

结合我矿在设备选型、安装调试、提升系统配套设施等方面，要注意的一些事项：

一是由于煤矿井下条件相对比较复杂，运行过程中负载变化也比较大，对提升绞车的要求，要有一定的过载能力，提升绞车的主电机功率要适当选择大点，如JTPB1.6×1.2绞车主电机最好选功率185kW，相应变频器容量选择也要相应增大。

我矿在提升运行中，也出现过3次故障，问题均显示是变频器故障，经过检查也都是在变频柜中的三块功率放大板出现问题，影响到绞车正常运行。解决办法是更换功率放大板，将原来NX10653/261功率放大板换成NX10653/502功率放大板，加大功率放大板过载能力和抗干扰能力。

二是变频提升绞车对周边的工作环境要求相对比较高，主要是要做到机房峒室干燥，机电设备周围不能有滴水；通风条件要好，机房峒室的通风必须是处在新鲜风流的进风侧。

三是斜井井筒施工角度要控制在22°之内，采区下山轨道要选22kg/m及以上轨道，轨道的敷设必须达到标准要求，减少重车提升过程中的掉渣现象，尽量减少提升过程重车掉道现象的发生，变频绞车过载能力比较低，在处理重车掉道时相对比较薄弱，一旦重车掉道就有可能影响到生产和安全。

四是机房设备安装时，进线电缆宜有金属套护或电缆钢管，电缆两端应就近可靠接地，与机房地基接地网相连；绞车机械电控的基础四周必须要有接地避雷带，接地阻值要达到井下机房峒室的要求。绞车机械和电控设备的外壳必须采用50×5mm以上的镀锌扁铁进行可靠连接并接地，达到提高变频绞车在运行过程中对外界抗干扰能力。

5 结语

随着我国市场经济体制的不断发展和完善，对煤矿企业发展和运行安全性和可靠性的要求也越来越高。变频绞车凭借自身具有的高安全性、稳定性、操作便捷、成本花费低等优势，被广泛地应用在煤矿提升系统当中，有效地减少了机械冲击事故的发生，提高了运行的平稳性和安全性，消除并控制了噪音和散热的程度，改善了人机工作的环境。在变频绞车选型、安装调试以及提升系统配套设施加以注意，变频绞车在矿山将得到推广应用。

作者简介：郑元汉（1964—），男，福建煤电股份有限公司高陂煤矿副矿长，机电工程师。

（责任编辑：赵秀娟）