选矿厂球磨机电控动力系统技术改造

夏友汝　韩泽元　赵路

摘要：徐州铁矿集团选矿厂1#、2#MQG2700×2100球磨机启动困难，在启动过程中高压电动机定子线圈和转子线圈有火花喷出，造成高压开关柜的少油断路器喷油。为此，球磨机进行了电控技术改造及高压电动机选型更换。通过对球磨机的技术改造，总结了改造前和改造后电控及电动机的优缺点，使球磨机的电控各项性能指标达到了安全规程的要求。

关键词：选矿厂；球磨机；电控动力系统；高压电动机；技术改造 文献标识码：A

中图分类号：TD928 文章编号：1009-2374（2015）23-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.014

徐州铁矿集团选矿厂1#、2#球磨机是20世纪70年代中期建设选矿厂时购买沈阳重型机器厂稀油润滑滑动轴承的设备，其设备型号为MQG2700×2100，自重69156kg，最大装球量24000kg，两台球磨机的高压开关柜是敞开式其型号为GGA，断路器的型号为SN10-Ⅱ少油断路器，转子开关柜为频敏变阻器，直流电源控制，两台绕线式高压电动机，其型号为JR1410-8、额定功率为280kW、额定电压为6kV、满载时定子电流为35.7A、效率92.3%、最大转矩/额定转矩为2.55、转子电压为550V、转子电流为309A。该两台球磨机已运行有30多年。改造之前球磨机启动非常困难，需要借助厂房内行车进行盘车，有时在启动过程中高压电动机定子线圈和转子线圈有火花喷出，造成高压开关柜的少油断路器喷油，频敏电阻器烧坏，使安全生产得不到保障，设备存在安全隐患，严重影响生产，造成维护人员的维护时间长，能源浪费，生产成本增加，需要对球磨机电控动力系统进行改造。

1 选矿厂1#、2#球磨机改造

1.1 第一次改造

第一步对球磨机高压控制部分进行改造。方案是淘汰两台GGA敞开式高压开关柜，更新两台铠装中置式高压开关柜，型号为KYN28-12。经过实地考察、多方面论证，决定采用铠装磁阀式高压固态软启动装置，其型号为HDQ，两台高压电动机由原来的绕线式改为鼠笼式，就是对电动机滑环去除，把转子绕组短接成Y接法。其工作原理为采用高压磁阀式可控电抗器技术，高压磁阀式可控电抗器的绕组分为高压绕组和低压直流绕组，该技术以西门子PLC-200控制低压晶闸管的导通，通过控制晶闸管的导通角来改变控制高压磁阀式可控电抗器低压直流绕组中直流部分，根据直流电流的大小改变高压磁阀式可控电抗器铁芯的导磁率大小，从而改变高压磁阀式可控电抗器高压绕组的阻抗大小，从而达到降压限流的目的，实现无级级调速。

其高压磁阀式可控电抗器的高压阻抗变化过程与晶闸管导通输出直流电流变化一致，克服了晶闸管耐电压低的缺点，充分利用了低电压直流控制高电压的优点，特别适用于高压电动机及超大容量的高压电动机。在高压电动机的定子回路串入高压磁阀式可控电抗器可以平滑改变高压磁阀式可控电抗器的阻抗，通过高压磁阀式可控电抗器控制系统，调整控制高压磁阀式可控电抗器的低压直流绕组中直流电流的大小，从而实现了高压磁阀式可控电抗器的阻抗由大到小无极调速，高压电动机端电压逐渐上升至全电压6kV，实现高压电动机的无冲击固态软启动。当高压电源进线柜断路器合闸时（QF合闸），供电系统6kV电压加至高压电动机（M）和串联的高压磁阀式可控电抗器两端。合闸瞬间，由于无冲击固态软起启高压磁阀式可控电抗器的电抗值较大，在无冲击固态软启动高压磁阀式可控电抗器将高压电动机的初始起动电流限制在额定值的1.5～2.0倍之间，启动时间设定为2s，故对高压电动机的冲击很小。随后，无冲击固态软启动高压磁阀式可控电抗器的电抗值快速减小，启动电流迅速增加到设定值为2.8倍启动电流。高压电动机转速线性增大，高压电动机端电压增大，采用闭环控制，减小高压磁阀式可控电抗器的电抗值，使高压电动机电流维持恒定值为2.8倍额定电流值。此时，高压电动机端电压增加，高压电动机转速平滑上升。随着高压电动机加速到接近额定转速时，高压电动机电流将下降至额定电流，当电流降至高压电动机额定电流的1.1倍时，时间继电器迅速闭合，使无冲击固态软启动柜的高压真空接触器合闸（KM合闸），将无冲击固态软启动高压磁阀式可控电抗器旁路，高压电动机平稳进入全电压工作状态，无任何二次冲击，启动过程结束。无冲击固态软启动装置的采用高压磁阀式可控电抗器，该高压磁阀式可控电抗器应用独创的磁阀结构、极限磁饱和技术、自耦励磁结构，性能优良，可靠性极高，启动时对电力系统冲击谐波小，不会产生5次谐波和7次谐波，为电力供电系统的绿色电网创造了良好的开端，同时大大提高了高压固态软启动装置的可靠性。2012年5月放假期间对控制部分进行了改造，控制原理详见附图1：

第一步改造完成后，球磨机高压电控安全运行近两年。2014年5月1#球磨机电动机运行电流突然增大约8A，并且启动困难，不敢停车，停车后需多次启动，才能正常运行。由于电动机本身因使用年限已久，效率低下，老化严重，由于高压电动机经过了多次反复修理，各项性能指标急剧下降，且JR1410-8型号电动机属于高能耗淘汰产品，不能继续使用，对此进行了第二步改造。

1.2 第二次改造

方案为对两台JR1410-8型三相异步高压电动机重新选型，进行更换。经过实地考察，多方面论证，决定采用西安电机厂鼠笼式YHP500-8A三相异步高压电动机，此型号电动机满足球磨机重载启动、启动力矩很大的特点，满足使用要求。电动机额定功率为315kW、额定电压6kV、额定电流46.6A、效率93%；堵转电流/额定电流为7.5、堵转转矩/额定转矩为2.0。JR1410-8型电动机机身短、高，联轴器安装轴轴径、定位尺寸均小，YHP500-8A型电动机机身细、长，联轴器安装轴轴径、定位尺寸均偏大，造成新旧电动机中心高不一致，T3型胶板弹性联轴器不能通用，新电动机中心高偏低、地脚螺栓安装尺寸不一致，为了保证不动原有基础，利用原来的地脚螺栓，需重新设计制作专用电动机底座及专用半联轴器。2014年10月国庆放假期间及2014年12月底元旦放假期间对两台电动机先后进行了更换。专用联轴器及专用底座详见图2、图3。

2 改造前后电控及电动机的优缺点

改造之前球磨机存在重大的安全隐患。高压电控经常出现故障，不是绕线式高压电动机的线圈接地就是匝间短路，造成绕线式高压电动机的导磁率急剧下降，使绕线式高压电动机输出转矩达不到额定转矩，使绕线式高压电动机启动非常困难，需要借助外力进行盘车，有时需要连续启动好几次才能正常运行，这样就造成绕线式高压电动机的定子线圈的温度急剧上升，在启动过程中线圈有火花喷出，绕线式高压电动机经常烧坏定子线圈和转子线圈，造成高压开关柜的少油断路器喷油，频敏电阻器烧坏，以上问题使安全生产得不到保障，经常停产，严重影响生产，造成维护人员的维护时间长，增加维护人员的劳动强度，增加生产成本。改造之后球磨机能达到一次性启动，启动时不需要借助外力，高压电控得到了保障，生产得到了保障，消除了启动工程中存在的安全隐患，减少了维护量，降低了维护人员的劳动强度。

3 结语

（1）改造前平均每月处理一次电控故障、事故，现在事故为零；（2）改造在节假日期间，不影响生产、用时短；（3）不需要重新浇灌高压电动机基础，造价低、耗时短；（4）能一次性启动，效果好；（5）选用高效率电动机，既节能、又降耗。总的来说，本次改造既消除了安全隐患，又保障了生产，保证了选矿设备的正常运行，提高了生产效率，同时为其他类似的技术改造提供了有力的借鉴作用。

参考文献

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[5] 陈金星，尤海峰.电动机检修实训[M].北京：中国电力出版社，2001.

作者简介：夏友汝（1966-），男，江苏徐州人，徐州铁矿集团有限公司机电一体化助理工程师，研究方向：矿山机电保护、校验及电气设备管理；韩泽元（1984-），男，青海海东人，徐州铁矿集团有限公司机械工程助理工程师，研究方向：矿山机械的应用和矿山设备管理；赵路（1990-），男，江苏徐州人，徐州铁矿集团有限公司电气工程及其自动化助理工程师，研究方向：矿山机电保护、校验及电气设备管理。

（责任编辑：周 琼）