煤矿主井提升变频系统优化设计与实施

李 军尹 刚

（1.肥城矿业集团有限责任公司，山东 肥城 271608；2.肥城矿业集团 梁宝寺能源有限责任公司，山东 嘉祥 272404）

1 煤矿主井提升系统

煤矿提升机电气控制系统分为工频和变频两种运行方式，工频转子申电阻调速系统在电机启动时转子电阻不仅消耗了大量能量，而且产生大量热量，使周围空气温度升高，严重影响设备散热性能，降低设备使用寿命，尤其是夏季此种现象更为明显，另外为散热专门建设电阻室也许投入一笔费用。此外，转子串电阻调速系统接头多、启动时电阻切换频繁、触头极易氧化或因接触不良而发热。系统维护工作量大。变频系统较好地解决了上述问题，还具有如下优点：可靠性高，抗干扰能力强，通用性强；程序设计简单，使用方便；采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；安装简便，调试方便，维护工作量小；适应性强，可进行柔性生产。

2 主井提升系统现状

根据变频系统的优越性能，白庄煤矿对主井提升系统进行了改造，在原有工频控制系统的基础上，加设变频系统，正常工作情况下使用变频系统，工频系统热备用，在变频检修和故障情况下能立即投入使用，不但提高了生产效率为企业增加了经济效益，更加强了我矿处理应急突发事件的能力。

白庄煤矿选用的BPDK-ZN-01SP高压变频的电控系统用交流变频器直接驱动转子短接的绕线式交流电机，保留原系统的运行方式，增加高压变频电控系统，实现两套系统的切换运行，主要设备有：全数字主控台、全数字高压变频调速柜、高压开关柜、辅助控制柜、系统切换柜。

3 双系统性能分析

3.1 更安全

安全回路的好坏是衡量提升机保护性能的的重要标志。白庄煤矿新型变频系统将安全回路设计成PLC双线制安全回路，一套为PLC“软”安全回路，另一套为继电器“硬”安全回路。提升机的保护有两种：发生故障时立即实现一级或二级安全制动；发生故障时可以完成本次提升循环，不能进行下一个提升循环。

（1）P LC失效保护。当PLC自诊断发现系统存在重大故障时，外置继电器失电，断开安全回路。这时可以通过转换开关，退出变频控制系统，启用原来的工频控制系统进行提升工作，不影响提升生产工作和PLC维修。

（2）误开车保护。司机疲劳时，很容易搞错开车方向，发生过卷事故。新系统对开车方向进行闭锁，当司机选错开车方向时，提升机不能启动和开车，只有司机的开车方向选择正确时，才能启动和开车。

（3）过卷保护。当提升容器超出正常车位置时，过卷开关动作，使安全回路断开，提升机实现安全制动。 过卷以后，如需继续开车，司机必须扭动过卷复位开关，安全回路才能重新接通。若司机将过卷复位开关位置扭错，则不能开车。过卷故障解除后，司机应将过卷复位开关重新复位后再开车。

（4）闸瓦磨损保护。当闸瓦磨损超限时，机械闸制动力不足，闸瓦磨损开关将动作，PLC会输出保护信号，断开安全回路，进行安全制动。待重新更换闸瓦后，方能开车。

（5）超速保护。当提升机的运行速度超过最大提升速度时，由PLC“软”安全回路和由继电器组成的“硬”安全路同时动作，实现双重保护。

（6）减速保护。提升机在减速段运行过程中，若提升速度超过设计速度时，安全回路断开。若提升机接近井口时仍超速，则提升机机械闸进行抱闸。

（7）深度指示器失效保护。当提升机的牌坊式深度指示器发生事故时，输出保护触点动作，实现安全制动。

（8）调绳连锁保护。提升机调绳时，需将调绳开关置调绳位，保证提升机在全抱闸状态下进行离合器的打开和合上。

（9）绞车保护。变频调速装置还具有过压、欠压、过流、超负荷、短路、超温等保护，满足煤矿安全规程要求。转子申电阻调速装置无电动机过负荷、缺相、超温保护，无限速、自动减速功能，对过卷和超速只有单一保护功能。转子申电阻调速装置内的鼓形控制器、正反向接触器通过电流大，又频繁动作，触点易烧损；电阻发热量大、接头多、易氧化或接触不良而发热，所以维护量极大。变频调速装置采用无触点控制，电机的正转、反转采用计算机控制，加上变频调速装置的功率器件及控制计算机模件均系德国进口产品，产品质量优良可靠，维护量很小。

根据工频转子串电阻起动曲线和速度曲线看出，加速度不平滑，不能实现匀加速，钢丝绳受力不均，容易出现震颤，加速断绳。根据采用变频后起动曲线和变频系统四象限运行曲线，变频系统下电机能平稳加速，实现无级调速，过渡过程较平滑，钢丝绳受力均衡，消除了提升机“颤抖”现象，延长了提升钢丝绳等设备使用寿命。

3.2 更高效

主井采用工频作为控制系统时，每月有7小时时间在处理各种机械事故，改造后主井采用双套系统，正常情况下使用变频系统，工频系统热备用，在变频出现故障时能立即投入使用，理论上消除了机械事故处理时间。每月可节约5小时时间用于提升。白庄煤矿提升系统每小时提升45勾，每勾净重6.0吨，这样每年可多提煤炭16200T。

3.3 更节能

工频系统采用转子绕组串电阻进行调速，装置在减速和重物下放时需投入动力制动，大量能量消耗在转子电阻上，不但造成能量浪费还会产生大量热量，使控制系统周围温度升高，夏季严重影响系统散热性能。而四象限变频调速装置在减速和重物下放操作时，能自动地将电动机的再生能量反馈至电网，实现再生反馈制动，节电效果明显。

现以主井提升机为例进行分析。主井提升采用800kW／6000V异步电机，采用变频调速装置较串电阻调速装置省电50%左右。网侧变流器实行PID控制，对网侧交流电流的大小和相位进行实时检测并控制，使输入电流与电源电压保持同相位，使系统的功率因数总接近于1。这样就提高了功率因数，减少了无功消耗，降低了压损，力率调整电费减小，此项可节约电能15%左右。此外，变频启动启动电流小，降低了对周围电网电压的影响，使电网供电更安全，性能更好。

4 结语

变频系统因其各性能指标较工频有显著优点，在煤炭行业和其它行业中逐步代替工频系统已成必然趋势。