对梁北煤矿副井电控变频改造技术方案的研究

[摘 要]副井提升系统是矿井生产的重要环节，梁北煤矿原有的电控系统不仅能耗高，而且运行时故障多、维护量大。本文针对梁北煤矿副井提升系统存在的问题，对原有不符合要求的电控系统及高耗能设备进行了更换和改造，提高了系统运行的安全系数，保障了矿井正常生产。

[关键词]提升系统 改造 电控系统

中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0014-01

1、工程概述

梁北煤矿副井提升机电控系统原设计为JZX1-550/660型电枢可逆直流提升机电控装置，采用12脉动顺序控制技术，提供6/12脉动切换实现半速全载方式运行。由于副井提升负载变化较大，电控系统适应性差，调速性能差，参数调整较为繁琐，系统运行能耗大，不适应矿井生产要求。改造要求所有电气设备必须能在矿山工业环境下安全可靠运行。控制、调节、监测及安全等系统应具备高可靠性。所采用的工控机（PLC）及调节系统所用单片机性能稳定，抗干扰能力强，满足工业环境下稳定运行的要求，应能与矿上的生产管理系统联网。满足汉字输入、输出的要求。

本次技术改造要求仅为拖动系统改造，提升机拟采用高压变频拖动方案。原提升系统的提升机、液压站及主电机等利用原有设备，提升机型号：JKMD-2.8×4，主电机型号：YBKK-560-12，额定功率580kw，额定电压6000V。

2、设计依据

提升机电气设备应根据所提供的矿井变电所资料及电气设备安装处的环境条件以及本提升机使用工作条件进行设计制造。

2.1 供电电源

提升机双回路高压电源分别引自矿井110kV变电站6kV不同母线段。6kV母线电压允许波动范围±5%（短时出现+5%，-10%的电压波动），6kV供电系统为中性点不接地系统。

2.2 辅机、控制及信号电源

提升机房～380V/220V低压电源采用双回路供电，两回电源均引自矿井地面变电所，两回电源互为备用。～380/220V供电系统为中性点直接接地系统，电压允许波动范围±5%。

3、对操作方式的要求

通过绞车操作台上转换开关转换，提升机可以实现手动操作、半自动操作、检修运行、二次对罐等各种操作。

3.1 手动操作：

在提升机房设司机操作台对提升机实施手动操作。用来运送人员、材料、维修和检查钢丝绳等工作，司机可通过操作手柄对提升速度进行控制、调节。

3.2 半自动控制：

半自动控制操作方式即绞车司机通过起车按钮操作，绞车司机按下起车按钮后绞车按设定的速度图自动完成一次提升循环。半自动运行一般仅用于提升矸石及下放材料的运行方式。

3.3 检修运行：检修运行包括井筒检修及验绳，检修运行时绞车低速（0.5m/s）运行。

3.4 对罐运行：副井系统装备双层罐笼，在提矸、下料等状态下罐笼设备需要二次对罐，提升机电控系统应能满足二次对罐工艺的要求。

4、驱动装置

提升机的驱动装置应能够适应提升机的各种提升工艺要求，按照预定的速度和提升要求实现平稳地启动、运行、减速、制动、停车。在整个循环中，应尽量减小电机输出转矩的突变，减小钢丝绳的振动，停车必须准确。变频拖动系统应有足够的过载能力，以适应副井提升负载变化大的特点。最大过载能力不低于额定值的2.0倍。

变频装置应满足提升系统稳定可靠的四象限运行，尽量减小控制死区，并使变频设备对电网的无功冲击和高次谐波的干扰为最小。变频设备要求配套可靠、完善的各种保护。变频装置应考虑采用简单可靠的冷却装置，冷却系统应与提升机的控制系统可靠闭锁。

5、调节、控制、监测及安全制动

整个调节、控制监测及安全制动电路采用全数字控制系统。要求选用高性能、高可靠性的计算机控制装置。在控制装置的设置上要求能满足正常及紧急故障状态下安全提升的要求。

提升机的控制、闭锁和监控装置应与井筒内的提升信号和井口、井底的操车设备设有闭锁关系。控制室内的各类控制柜、电气设备均应采用防护等级不低于IP23。井筒控制和信号系统通过一条总线系统实现与地面的通讯连接，另外所有电路均采用标准电气模块结构。整套电控系统的连接及接线形式应便于现场安装和维护。

所提供的控制台，操作方便，功能齐全。显示应包括CRT显示和重要的操作信号及报警信号在信号在操作台面板上显示。通过打印机能记录所有的报警信号以及有关联锁、井筒中的限位开关制动闸和冷却通风系统的状况信号等。当排除故障时，所有信号连同出现故障和故障消失的确切日期和时间都应在上位机上记录。为进行故障和误操作分析，应提供专用信号记录器，储存信息，并可随时打印。

6、高低压配电装置及其它

6.1 高压配电装置

高压配电系统利用原有高压开关柜设备。为满足提升机的6kV配电要求，电控厂家应依据现有高压开关柜设备情况，重新对高压开关柜进行接线调整、整定，并完善高压开关柜五防功能。

6.2 低压配电装置

低压开关柜用于提升机和辅机设备的～380/220V配电。配电装置的电源进线和馈出应根据各用电设备的要求装设安全负荷隔离开关或断路器、接触器、继电器、控制开关以及用于远距离控制和连锁的开关。还应有关规范规定装设电压，电流测量仪表。开关柜面板应设有各回路的工作及故障显示装置。

6.3 不间断电源

对一些关键控制及信号设备应配置不间断电源，当主电源故障时自动转换，保证计算机系统的电源不间断，一直到提升机停车和施闸。

6.4 通风和冷却装置

变频设备及各类控制柜均应配备良好的通风和冷却设备，并应具有良好的防尘措施。

7、设备的确定

7.1 高压变频器设备

高压变频设备（含干式整流变压器、功率单元及变频器控制单元）的各种附件、变压器测温装置等，变压器一次侧电压应为6kV。整流变压器考虑采用干式整流变压器，用于室内安装。F级绝缘，B级温升。功率单元应成套配备：A.过压保护装置；B.接地故障监测装置。变频拖动系统应有足够的过载能力，以适应副井提升负载变化大的特点。最大过载能力不低于额定值的2.0倍。

7.2 控制、调节监测及安全系统

（1）调节装置提供一套完整的全数字闭环调节系统，包括全部附件。（2）数字式行程控制器：a.二套数字式行程检测控制器；b.各种传感器及附件。（3）监测装置：a.具有冗余配置的监测监控系统一套；b.各种传感器及附件。

（4）安全回路

安全回路利用工控机（PLC）实现，采用两套独立PLC系统，双重保护并具有冗余及完善的内部监控功能，实现独立运行互为监视，以便在故障状态下确保提升系统安全制动。

（5）控制系统

二台可编程序控制器及必要的备品备件；编程器（便携机）一台；信号显示和记录（监控设备）等

7.3 低压配电装置

包括电源进线和辅助设备传动，控制、调节、监测、安全信号系统等的馈电。进线柜应考虑双电源进线的要求，并应配备电压表，电流表等。

8、结束语

改造后，新电控系统的型号如下：（1）主电机型号：YBKK-560-12，额定功率580kw，额定电压6000V；（2）减速机型号：XP1000/2/Ⅲ，变比10.5；（3）高压变频器：HIVERT-YVF06/096，容量630KVA。

改造后，新电控系统的安全性能符合煤矿安全规程规定，系统设计合理，高压变频技术具有良好的节能效果，调速平稳，数字闭环抗干扰能力强，具有自诊断和远程诊断功能，系统运行安全可靠。自投入运行至今，一直运行良好，未发生一起电气安全事故，为矿山的安全稳定提供了有力保证。

作者简介

陈林（1984），男，本科，河南省许昌市禹州市，助理工程师，现就职于河南省许昌新龙矿业有限责任公司，主要从事煤矿机电技术管理方面的工作。