高压变频器提升机改造方案

电气节能与新能源

高压变频技术在提升机中的节能应用

左东升姜建国

(上海交通大学电气工程系，刘祥

上海200240)

摘要提升系统耗能量巨大，提高提升系统的用电效率可有效降低矿业生产成本。高压变频技术的提出与应用可大大降低传统交流提升机系统的能耗。本文以某矿主井提升机为例，分析计算了采用高压变频技术前后的提升机系统的节能效果，实际运行结果显示了高压变频方案具有显

著的节电效果.

关键词:高压变频器;主井提升机;节能

EnergyConservationinHoistingSystemwithHighVoltageInverter

ZuoDongshengJiangJianguoLiuXiang(Dept.ofElectricalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240)

AbstractThepoYverconsumedinhoistingsystemisupto15%ofthewholemine.Toimprovetheefficiencyofthehoistingsystemisaneffectivewaytoreducetheminingcost.Inthisthesis,the

powerconsumedontheAC-drivehoistingsystemindifferentconditions-withandwithouthigh

voltageinverter,isanalyzedandcomputed.Theresultshowsthat,25%ofthepowerconsumedinhoistingsystemcanbereducedwithhighvoltageinverter,whichsuppliesaneffectivewayonenergy

conservationinmining.Thus,thetechnologyofapplyinghighvoltageinvertertoAC-drivehoisting

高压电机变频改造后综合保护配置方案

摘要：随着电力电子技术的发展，变频器在电厂得到了广泛应用。目前的新建电厂，重要辅机如风机、水泵等，一般均要求考虑配置变频器拖动；越来越多的已建电厂正在进行或已完成高压电动机采用变频器的改造。高压电动机采用采用变频器拖动后，电动机保护如何配置才能保证机组安全可靠的运行，成为电厂、设计院、保护厂家关注的问题。

关键字：大型电动机；变频；保护配置

1 变频方式下电动机保护面临的问题

采用变频装置后，电动机实现了软启动，启动电流从零开始平滑上升，启动电流显著减小，只有额定电流的1.2～1.5倍（工频可达5倍左右） ，电动机可以在较小的电流下实现加速、减速，发热较小。但是，同时启动时间却有所延长。这对按照躲过启动电流整定的保护和按启动时间整定的保护会带来一定的影响。据实验实测，移相变压器将会产生5-6倍励磁涌流。

变频器输出侧频率将根据现场运行情况不断调整和变化，输出侧电流的频率可在0.2～400Hz内变化 ，同时变频器输出侧电流存在一定谐波分量，尤其当电动机在低频段工作时，谐波分量更高。由于谐波电流的影响，电动机的发热量较工频运行方式下有所增加。高压电动机变频运行后，电流互感器更容易饱和。根据电磁式互感器的工作原理，在电压一定的情况下，频率和磁通成反比关系。频率越低，互感器通过的磁通越大。因此，在低频情况下．传统的工频互感器极容易发生饱和。

对于变频调速系统，由于附加了变频器装置，变频器的输入电流和输出电流在频率和相位上没有必然的联系。这是影响电动机继续使用相量差动保护的最大障碍；电动机相量差动保护的工作原理是基于比较电动机两端电流的大小与相位的。然而变频器输入输出侧的电流在相位上不一致，在工频运行方式下的差动保护中，即使电动机在正常工作情况下也会有相当数量的差流出现。但是，对于电动机的输入和输出电流，它们的频率和相位是一致的，因此可以考虑对电动机单独进行差动保护，差动保护所需电流取自电动机的输入侧和输出侧。

Ｓｈｅｂｅｉｇｕａｎｌｉ　ｙｕ　Ｇａ＿Ｚａ。　羹　

浅谈煤矿井下提升机电控系统改造　李建设　（河北省唐山马家沟矿业有限公司，河北唐山０６３０２１）　摘要：结合马家沟矿１１号井提升机的实际情况，简要分析了利用变频电控技术改造提升机电控系统的方案。　关键词：煤矿；提升机；电控系统；改造　

０　引言　煤矿提升机担负着矿井地面和井下运送物料、人员、设备　等重要工作，其工作正常与否直接关系到下井人员的生命、财　产安全和矿井的正常生产。目前我国还存在着大量前苏联制造　及仿苏系列的提升机，调速方式一般为串电阻调速，其电控系　统是由老式电磁继电器组成的逻辑控制系统，由直流测速发电　机检测其速度。实践证明，这类提升机存在可靠性差、接触器触　头易烧毁、故障率高、维护量大且困难、系统功能不完备、参数　标定困难、能耗高、效率低、噪声大等缺陷。依据２００８年国家安　监总局、国家煤监局发布的关于《禁止井工煤矿使用的设备及　工艺目录（第二批）》的通知，应淘汰高耗能、安全性能低下、危　及安全生产的落后技术、工艺和装备，以提高煤矿安全保障能　力，预防煤矿事故的发生，这其中就包括了电磁继电式逻辑电　路构成的提升绞车电控系统。近年来，以全数字防爆四象限变　频绞车电控系统替代老式电控系统的技术升级改造取得了很　大成功，这不仅提高了系统可靠性，减少了机电事故的发生，而　且极大地提高了矿井提升机的安全可靠性。本文笔者将结合自　己的实际工作经验，以唐山马家沟矿１ｌ号井提升机为例，简　要分析利用变频技术改造提升机电控系统的方法。　１　背景介绍　１１号井是唐山马家沟矿的主要副井，井内安装了苏联制造　的提升机，负责井下五水平至八水平人员与物料的混合提升，该　提升机１９５８年出厂，１９６１年在我矿安装，１９６２年１０月正式投　产。提升机型号为２…３００，０，Ａ，滚筒宽度为１．５　ｍ，滚筒直径为　１）ｌｌ　３　ｍ；配备电机型号为ＪＲＺ１　１６／４１—１２，配备电机功率为５００　ｋＷ，　电机定子额定电压为６　０００　Ｖ。绞车调速方式为串电阻调速，电　控系统是由老式电磁继电器组成的逻辑控制系统。当前电控系　统主要使用动力制动下放提升机，因此运行过程故障较多，且　维护工作量大，从而造成了吨煤提升成本的增加，直接给矿井　经济效益带来不良影响。同时马家沟矿属于瓦斯动力现象比较　严重的矿井，因此井下必须采用防爆电气设备。基于此，为了在　确保设备安全运行的同时达到降耗节能的目的，笔者采用变频　电控技术对该矿井提升系统进行了改造。　２　改造方案　２．１方案的选择　现对高压绕线电机进行变频改造，有以下３种方案可供选　择：（１）方案１：电机更换为相同功率、相同转速的低压防爆节能　型鼠笼变频电机，电控采用全数字防爆四象限变频绞车电控系　统。该方案的主要优势为在变频绞车电控系统中，以防爆四象　限变频器为主要拖动设备，通过双ＰＬＣ数字控制技术，实现　《煤矿安全规程》中规定的绞车双线制保护及控制。具体优点　有：１）调速精度高，调速范围广。调速精度不低于０．５％，调速范　围为Ｏ．３～额定转速。２）双线制保护。由于采用１条硬件安全电　路和２条软件安全电路相互冗余，使得系统更加安全可靠。３）　双线制控制。正常提升时，采用双ＰＬＣ系统相互监视，相互冗　余。当其中一个ＰＬＣ系统发生故障时，另一个ＰＬＣ系统仍可投　入进行应急开车，最大程度地给用户减少损失。４）操作简便。司　机操作简单，系统安全性大大提高。５）节能效果明显。系统将再　生能量通过四象限变频调速装置回馈电网，采用ＡＦＥ自换向　技术保持回馈电流与电网电压的反相位，真正实现回馈制动。　另外，ＰＬＣ控制系统极大地提高了控制系统本身的安全可靠　性，使绞车控制性能和保护性能更加完善，使控制系统的硬件　组成和线路更加简化，操作和维护更加容易。（２）方案２：电机更　换为高压防爆电机，直接选择高压变频器。该方案对高压变频器　的可靠性有一定的要求，且运行现场应保留原电阻的启动设备，　以备高压变频器使用；该方案的缺点是不能满足防爆要求，且高　压变频器与高压防爆电机价格较高。（３）方案３：电机更换为低　压防爆电机，电阻更换为防爆电阻，同时采用转子串电阻段码ＰＬＣ　控制技术对电控系统进行升级。该方案的优势为价格相对便宜，缺　点是耗能高，调速脉动性大。　将３种方案进行比较，应选用方案１。　２．２变频器的选择　该副井提升机下放过程中会有较大负力运行状态出现，为　确保在此状态下能量反馈给电网以取得优异的节能效果，本　改进方案选择四象限变频器，并对该变频器提出了基本的性　能要求：（１）变频器的低速转矩性能首先必须满足提升的要求，　同时变频器还应有制动力矩输出，从而有效避免提升机倒转。　（２）当提升机出现负力时，要求制动单元能够自行投入。（３）为　了满足不同的２个系统实现转换的要求，可以用开关量对变频　器输出频率进行设定。方案最终改造设备表如表１所示。　表１改造设备表　

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变频调速在提升机上的应用

1矿井提升概述

矿井提升是在繁重而又复杂的条件下进行工作的设备。因此，要求提升机的拖动装置能适应频繁启动、停止、调速及换相，并能实现重载启动，在保证提升设备的安全可靠的情况下，按照设计的提升速度图工作。矿井提升系统有竖井提升和斜井提升系统之分;竖井提升系统，提升能力大荷载重，一般选用大功率高压电动机。斜井提升系统，应用在中小型矿井;配用功率220kW以上的，选用6kV，YR型高压电动机;配用功率200kW以下的，选用380V(660V)，YR型低压电动机。

提升速度图

矿井提升是执行从井底车场至地面卸载点之间，提升煤炭，下放空车或材料的运输系统。

提升距离和提升区间是确定的，在各个区间的运行速度图也都是有规律的，竖井和斜井的速度图也是不同的。受篇幅所限，本文只介绍斜井平车场双钩串车提升速度图，说明煤矿提升机的运行规律。

斜井平车场双钩串车提升速度图如图2所示，在平车场上，双钩串车提升开始时，空串车由井口推车机以1m/s的速度向下推进，提升机亦即同时徐徐地开动，重串车也以相同的速度从井底车场的重车道被提升机牵引上行。当空串车和重串车都全部进入井筒直线段轨道后，提升机便开始主加速段t1,而后进入等速段t2，以速度Vmax运行。当重串车快到井口时，提升机进入减速阶段t3，将速度减低到V4。重串车出井口后，提升机开始进行制动，而矿车借助于惯性继续前进并很快地减速，最终停于地面平车场重车道内。把钩工将钢丝绳钩头从重串车上摘下来，再挂到空串车上。同时，空串车也到达井底车场空车道并停稳，井底把钩工将钢丝绳钩头摘下并挂到重串车上，为下次提升作好准备。串车提升的摘挂钩时间θ通常取25s 东华科技集团

图2 斜井平车场双钩串车提升速度图

由图2可知，一次提升时间T等于:T = t0 + t0″+ t1 + t2 + t3 + t4 + t5 ，s;

一次提升循环时间Tx等于: Tx = T +θ, s;