五阳煤矿主井提升机电控系统改造

0 引言

五阳煤矿主井提升机型号为JKM-3.25伊4(域)C，提升容器型号为JDS-12/110伊4 型多绳12 t 箕斗;拖动设备选用YR800-12/1430 型电机，双机拖动。五阳煤矿主井提升系统于1991年进行过一次大规模的技术改造，整套提升机设备全部更换，由6 t 箕斗更换为12 t 箕斗，井塔、井筒装备全部进行加固，其承载能力已基本达到极限。因此，增加提升能力的前提条件是在现有大型设备的基础上，进一步提高电控系统的控制性能和可靠性，使提升系统现有设备的潜在能力得以充分发挥。

1 原电控系统概况及存在的问题

五阳煤矿主井提升机原电控系统采用转子串电阻调速、低频减速、低频拖动。原采用的转子串电阻调速方式，以晶闸管控制各段电阻的投切，加速时间长达11.5 s左右;低频减速时间达到9.66 s;低频爬行以0.45 m/s 速度运行，爬行时间长达32.8 s左右。

原电控系统存在的最主要问题是：

1)减速爬行段时间过长，爬行段距离为16.4 m，约需要32.8 s;

2)原电控系统在减少爬行时间、提高产量方面已无法达到要求。

同时原电控系统所采用的调速方式存在以下缺陷和问题：

1)转子回路串接电阻，消耗电能造成巨大的能源浪费;

2)电阻只能分级切换，实现的是有级调速，设备运行不平稳易引起电气及机械冲击，起动时电机的冲击电流达400 A;

3)低速转矩小，转差功率大，启动电流和换挡电流冲击大;

4)中高速运行时系统振动大，制动既不安全又不可靠。

2 技术改造原则与方案

2.1 技术改造总原则

1)采用四象限大功率高压变频器实现同步驱动2台800 kW主传动电动机。

2)原电控系统保留，可独立运行。

3)电控系统的改造依据《煤矿安全规程》进行。

2.2 技术改造方案

技术改造方案具体内容为：将现有的转子串电阻的转差功率消耗型调速方式改为变频变压的转差功率不变型调速方式;采用专用高压变频器实现。

该高压变频器采用性能优良、技术成熟、安全可靠的输入隔离变压器-H 桥单元串联多电平技术方案。由电网送来的三相6 kV交流电经过隔离移相变压器供给每相4 个共12 个IGBT 功率单元，每相上的4个功率单元输出的PWM波相叠加后，三相采用Y 形连接，形成了线电压为6 kV 的高质量的正弦波输出，供给提升机的电动机。

通过控制此输出给提升机电机的正弦波的电压幅值和频率来控制绞车电动机的转速，从而达到按系统要求来控制提升机的提升速度。

3 性能分析

1)对系统进行高压变频技术改造后单次提升循环时间由120 s缩短至90~100 s，大幅度提高了生产效率，实现了五阳矿进一步提高产量的目标。

2)提高主井提升机的效率，实现吨煤节电量不低于25%的目标。

将现有的转子串电阻的转差功率消型调速方式改为变频变压的转差功率不变型调速方式后，在正常工况下，现有的大功率调速电阻群将不再使用。如果保持目前生产条件不变，吨煤耗电量将下降25%。

3)提高了功率因数，降低了无功功率。由于采用了先进的隔离移相变压器技术和电压源型IGBT 逆变技术，在克服了传统变频器对电网的谐波干扰的同时，主传动系统的功率因数将由目前的0.89 提高到0.96 以上，大大提高了设备对电网容量资源的利用率，减少了因无功电流引起的线路损耗。

4)提高系统运行的可靠性、安全性。技术改造完成后，由于在正常工况下不再使用大功率调速电阻群，也不使用切换电阻用的接触器，较大幅度地减少了电气和机械故障对生产的影响。

由于电压和频率均连续可调，电动机的起动电流可得到有效控制，转矩冲击将不再存在，这将明显地减少当前的有级调速系统容易出现的齿轮

箱和钢丝绳等设备的机械故障。

由于减速过程由电力制动取代了原来的低频制动，制动效果更好，尤其使爬行速度按要求的速度图严格控制，从而更加安全。

5)系统实现自动化提升，无需人工操作;同时具有自动和半自动选择。

6)加减速速度曲线为“S”型曲线，曲线平滑无拐点，起停车时平稳无抖动、制动平稳，对机械设备无任何冲击。

7)变频系统对电网的谐波干扰低于国家标准。

8)改造后系统可在0 m/s至全速范围内的任意速度下连续重载安全运行。

4 经济效益与社会效益

改造后，新系统的一次提升循环时间缩短为90~100 s，考虑煤质等因素，我们取100 s，新系统1 h将比原系统平均多提5 斗煤，一天工作20 h，每斗煤按10 t计算，一天将增加产量1 000 t。按年工作330 天，吨煤按400 元计算，每年将增加销售收入为330伊1 000伊400=13 200万元。按销售收入的40%作为利润计算，一年新增利润13 200伊0.4=5 280万元。

综上所述，高压变频技术具有良好的节能效果，在降低企业生产成本的同时，也积极响应了国家倡导的节能降耗要求，具有很好的示范作用。