寺河矿副斜井提升机电控及液压系统的改造设计

王 凯

（山西省晋煤集团寺河煤矿，山西 晋城 048205）

1 工程概况

寺河煤矿副斜井井口安装1台2KJ-2.5/20A型双滚筒单绳缠绕式提升机，承担着全矿井下的矸石、设备、人员以及辅助材料的运输工作。该提升机的电控系统使用串电阻式调速方式，故障频繁发生，因此必须对电控及液压系统进行改造。

2 电控及液压系统的改造思路分析

在改造方案中提出采用变频调速控制电控方式，更换原有电机和电控装置，保留原设备的机械部分，不但能解决提升机电控经常出现故障的问题，还能收回更换整机增加的成本。

3 电控及液压系统的改造设备的选型研究

3.1 电机的选型

本次电控系统改造后的控制方式由串电阻式改造为变频式，结合矿井提升机现有电源现状，选中煤矿供电电压等级660V为电机电压等级，考虑到变频控制增加的电机功率富裕系数，确定电机功率为250kW较为合适。

3.2 变频调速系统选型

目前工业使用较为成熟的变频调速系统，结合矿井提升机配套电机的选择，使用交直交型变频调速较为合适，作为煤矿提升设备其必须具备提升重物、下发重物、空载运行等各种运行模式，故变频调速需具备四象限工作模式，并且具备较好的节能效果。本方案调速系统选择AB公司ACS800系列的全数字交直交DTC控制变频器。柜体式安装的ACS800配置有源供电单元，适用于能源可再生的传动场合。

3.3 网络化操作和监控系统设计与选型

在改造设计中，选用2套西门子S7-300系列PLC，1套形成主控PLC，1套作为从属保护，利用PROFIBUS总线形成主从控制模式。在设计时各PLC分站均采用PROFFIBUS总线连接方式，有效地降低故障点，提高电控系统的安全可靠性。本套提升机电控系统采用现场总线控制系统，使用两套可编程控制器、操作台远程I/O，上位工控机通过现场总线构成整个提升系统的网络控制系统。

3.4 传感器配置

速度和位置传感器采用德国进口的高精度轴编码器，进行速度反馈和位置测量。整个系统共安装3只轴编码器，其中主轴安装2只，进行两套PLC位置测量并相互监测，方便对提升机进行全行程的速度、位置检测和保护；高速轴安装1只，进行速度反馈。

井筒开关传感器安装在井筒内，过卷开关是结构简单、动作可靠的无工作电源的开关。

3.5 信号系统

本系统中，KXT7矿用多功能提升信号装置采用PLC控制，主信号、备用信号相互独立，备用信号满足应急开车条件。信号系统与提升机主控系统的安全闭锁关系如下：

（1）井底与井口闭锁功能：井底不发信号，井口发不出信号。

（2）井口与车房闭锁功能：井口不发信号，车房收不到信号。

（3）水平之间的闭锁功能：一个水平发出信号后，其他水平不能发出。

（4）信号指令之间闭锁功能：某一信号指令发出后，其他信号指令不能发出，急停信号、停止信号除外。

（5）信号与开车回路的闭锁功能：信号不发到车房，绞车不能启动。

（6）急停信号与绞车安全回路闭锁功能：按下急停按钮，断开绞车安全回路。

（7）水平安全设施与信号的闭锁功能：跑车防护装置等井口安全设施不到位，信号不能发出。

3.6 电源系统选型

高压电源配置：副斜井配置4台高压柜，单母线接线，负责整个提升系统的双回路高压供电及保护（型号：KGS1型）。数量：进线柜2台，测量保护柜1台，出线柜1台。高压配电系统为10kV双回路进线，一路工作，一路备用，故障后手动切换。其二次回路的联锁和控制接点输入到电控PLC控制系统进行操作控制。高压配电柜选用直流操作，配38AH直流屏一套。开关柜具有微机综保装置，兼备控制、计量、数据采集、通信及继电保护功能。

低压电源配置：副斜井提升辅助设AC380/220V、50Hz低压电源，采用二回路供电，二回路互为备用，当一回路电源故障时另一回路能进行切换。低压配电系统采用单母线不分段结线形式，为全系统提供控制、操作电源。进线柜内设双电源投切装置。低压电源设计一台低压配电柜。低压电源柜含双回路进线开关，多路空开为液压站、润滑站、信号系统、PLC、井筒开关、风机、机房照明、其他机房设备供电，设有设备检修时的检修用电源回路，含直流电源为PLC模板供电，含2kV·A进口品牌UPS为PLC及工控机供电，设有电源电压显示仪表。

3.7 液压制动系统

原液压站运行中故障率过高，本方案为电控系统配置一套先进的型号为TH112A1低压液压站，更换现有的液压站。主要参数如下：最大工作油压6.3MPa，最大供油量9～14L/min，工作油温≤70℃，油箱储油量残压≤1MP，二级制动延时时间比例0～10s，阀允许最大输入电流800mA，进口原装比例阀信号0～10VDC。

4 改造后系统的安装调试

本次电控改造包含提升机电机的更换，故机械设备的拆除、安装与电气及电控设备的安装应同时进行。设备安装完成后，在提升低速（小于0.5m/s）空罐的情况下试车，实时关注电流速度曲线趋势图，配合施工单位检查罐道安装情况，然后逐步提速1m/s、2m/s到3m/s。期间重点检查等速段、减速段保护等速度保护功能可靠性。最后在闸控系统的配合下，加载运行，主要完成半载全速、全载全速的紧急制动试验。根据要求分别就提物半载的下放与提升、提物全载的下放与提升进行了试验，整体运行效果良好，速度保护功能可靠。

5 结束语

寺河煤矿副斜井提升机经电控系统的改造设计后，运行效果良好，连续运行三个月内，电控系统没有出现任何故障。提升机在改造后，采用了变频调速，节电率在25%～40%，且控制质量有了很大的提升，实现了无级变速，提升机实现了软停、软启，消除了对电网的冲击。