高压变频技术在矿井提升机中的应用

董延科 苏继磊 张庆喜

摘要：随着我国社会和经济的发展，越来越多的矿井年生产能力可以达千万吨，单台提升机（特别是主井提升机）的装机容量的要求也就越来越大，要求配置主拖动电动机的容量达到6MW及以上。本文对高压变频技术在矿井提升机中的应用进行一个分析研究。

关键词：大型低速同步电动机 容量 方案 高压变频器 大型矿井提升机

1 概述

高压变频调速技术，特别是能量回馈技术的高速发展为矿井提升机的调速和节能改造创造了条件。由多级回馈功率单元串联组成的大型低速同步电动机高压变频器，其单机容量可达到15MW以上，额定频率在10Hz左右，具有低速大扭矩的特点，适合于拖动装机容量达6～8MW的大型矿井提升机。

2 矿井提升机技术升级在煤矿中的重要作用

矿井提升机电力拖动系统具有良好的安全可靠性、控制精度及调速性能。矿井提升机的电控系统的技术性能和可靠性直接影响着矿井的安全生产。

电气控制系统固然设计有多种控制功能，但有些功能在现场实现起来非常困难；并且控制逻辑功能使用了大量的电气触点，这些触点又都是暴露在空气中，受灰尘和大气氧化的影响，时有失效现象发生；再加上有些功能是电参量与机械闸形成闭环控制，跟随性很差，导致电气保护功能、控制精度和可靠性较差，控制系统相关的保护功能失效，系统运行安全得不到保证，而且维护工作量较大。

提升系统在调速区运行时，速度的调节和控制主要方法是在电机转子回路串电阻和利用工作闸来调整拖动力矩，在调速过程中大量电能白白消耗在转子电阻上，不但造成了大量电能的浪费和调速电阻工作温度升高，寿命缩短，维护量和维护用度增大，而且电阻室空间空气温度很高（夏季温度在50℃以上）。

提升系统工作在加速、减速、爬行区的时间占全程运行时间的70%，司机需要频繁操纵来完成提升工作，司机频繁操纵且极易疲惫。

因此，对该系统电控进行技术改造，解决系统存在的题目和弊病，提升系统安全运行系数，实现高效节能运行非常必要。（表1）

3 高压变频调速技术应用优势

3.1 节能：相比较于之前的转子串电阻调速方式，采用变频调速后，在生产力提升30%的情况下，用电量节约超过20%。

3.2 系统安全性得到提升：采用变频调速之后，系统能够按照设计的速度曲线自主的进行提升速度的精确控制，避免了超速、过卷的发生，极大的提升了整个系统的安全性。

3.3 提高生产效率：变频器加速时间10s，减速时间10s，每次的提升时间减少明细，生产效率得到有效提高。

3.4 设备维护量减少：在整个提升过程中完全依靠电力牵引与制动，制动闸瓦只需在停车和安全回路保护动作时才进行抱闸，因此这样就大幅度的减少了闸瓦的磨损。

3.5 工作环境得到改善：原有的大功率调速电阻被取消，电阻发热导致环境温度高的问题被彻底解决，大大改善了运行现场的工作环境。

3.6 启动时对电网冲击小：变频器为最好的软启动装置，启动时对电网的冲击小于一倍电流。

4 效益分析及推广远景

采用高压变频电控系统对现有传统电控系统进行技术改造后，变频器主要作用是通过对交流电动机（异步电机或同步电机）转速的调节，来提高电机传动系统运行效率，实现节能降耗目的。变频器调速是交流电动机最理想、最有前途的调速方案。近代交流传动逐渐成为电气传动的主流。异步电动机调速系统中，效率最高、性能最好的是变频调速系统。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在许多需要精确速度控制的环境中应用。

系统的逻辑控制和控制功能均利用计算机程序实现，使用常规电器元件数目大量减少，克服了常规电器元件大量使用所带来的诸多题目；同时系统的控制精度大为进步（可精确到0.01米）；还可根据现场需要增设新的安全保护和控制功能。我们以北徐楼煤矿为例子进行分析。

4.1 社会效益：由于采用了高压变频技术，不仅它的节能、省力、易于构成自控系统的显著优势应用越来越广泛，也还是改造挖潜、增加效益的一条有效途径。尤其是在高能耗、低产出的设备较多的企业，采用变频调速装置将使企业获得巨大的经济利益，同时这也是国民经济可持续发展的需要。改用全自动电控系统，降低了维护工作量，提高了安全系数，产生了良好的社会效益。

4.2 经济效益：①采用变频调速后，可避免湿润天气发生电气事故，按两年更换一套高压接触器计算，两年可节约6万元，年可节约3万元。因副井停车造成的间接损失达10万余元，包括影响进尺、产量等。还有出现紧急停车事故，对钢丝绳造成损坏，使用全自动就可避免紧急停车，制动平稳，可延长钢丝绳的使用寿命。

②北徐楼煤矿副井提升机若使用高压变频后，可节电27%，按此计算，副井现每钩耗电17.5KW/h（由绞车技术性能测定报告中查出），我矿每班230钩，每天约600钩，每钩提升时间80s，每年按350天计算，每KW/h按0.53元，年可节电992250度，节资52.59万元

0.27Χ17.5Χ600Χ350=413437.5KW/h

0.53Χ992250=525892.5元=52.59万元

再加上每钩节省的80S（换算成小时为80/3600），每天600钩，每年按350天计算，每KW/h按0.53元，年可节电992250度，节资52.59万元

80/3600Χ17.5Χ600Χ350=81666.67KW/h

0.53Χ81666.67=43283.34元=4.33万元

③采用变频调速控制系统，甩掉了交流接触器及时间继电器等，不再造成触点及线圈烧坏，金属电阻箱频繁烧坏，也不必频繁更换碳刷，年可节约材料费及其它用度共计2.2万元。

从目前各种不同的技术改造方案对比来看，PLC+高压变频器的交流调速技术方案是提升机电控系统改造的优选方案。PLC+高压变频器的交流调速技术的新型电控系统已成功地应用于矿井提升系统中，并取得了较好的运行经验，克服了传统电控系统的缺陷，在矿井提升系统中值得推广应用。

5 结束语

我们知道，安全生产是煤矿生产永恒的主题。煤矿提升机对整个矿井的安全生产具有至关重要的作用。综上所述，利用技术先进、成熟安全的高压变频调速系统不仅可以全面完善现场工况，提高自动化程度，保证安全。还可以使现场维护量大大减轻，降低司机及维护工人的工作强度，值得大力推广。随着科学技术的发展将为煤炭等矿山型企业的节能降耗提供更强有力的技术支持和保障。

参考文献：

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