全数字矿井提升机变颊调速电控系统的应用.pdf

2 2 互堪j i ； 科技 2 0 0 5 年第3 期 舍数 字石 夕井提 升机 童 颊调 篷 电 孽饶的 应 用 新 汶矿 业集 团协庄煤矿王金和 摘要Z J J BT全数字矿井提升机变频调整 电控 系统 是新 一代 电控 系统 ， 能使矿 井提 升机做到 四相 限变频调 速运行 ， 主 要 应用于煤矿 井下绞车 ， 具 有节能、 安全等能效 ， 应用前景十分广 阔。 关键词 全 数字 四相 限 变频调速P I E系统 自动换相 1系统概述 1 ． 1 设备组成 Z J J BT全数字矿井 提升机隔爆兼 本安 四相 限变频 调速 电控系统有下列设备组成 1 Z J ] r 一3 0隔爆 兼本 安智能 变频 调速装 置 。作 为该 系 统 的传动部分 ， 包括输 入电抗 器、 输 出电抗器 。 2 P X K一3隔爆 控制 箱 1 双 P I E系统 。 主要 由两 台 P L C组成 。一 台作为主控 P I E， 完成提升控制系统 功能 ； 另一 台作为数字监控器 ， 完成 数字 监控系统功能。 3 P X K一3隔爆控制箱 2 。主要 由继 电器 、 控 制板件 、 开 关 电源等组成 。主要 功能 为 ①构成 控制 电路 和保 护 电路 ； ②实现控制信号与故障信号的隔离与转换； ③形成硬件安全 电路并与软件安全电路相互冗余与联锁； ④完成工作闸与安 全 闸控制 ； ⑤构 成应 急操作 回路 ； ⑥二级制动控制 。 4 K X A一1 本 安控制 显示 台 司机 台 。操 作 台主要 包 括显示仪表 、 操 作手柄 、 转 换开关 、 按 钮 、 指 示灯 、 音 响设 备、 数字式深度指示器 ， 可对 绞车 的运 行状态 、 故 障信 号 、 过程变 量等进行显示和报警 。对绞车进行各种操作和控制 。 5 隔爆兼本安传感器。 6 隔爆 兼 本 安 轴 编 码 器 两 只 。其 中 主 控 P L C 1 只 、 数字监控器 1 只 。 1 ． 2电控 系统设计原则 1 变频调速系统 ①采用先进的无速度传感器矢量控制技术， 将直流控制 中的双闭环 速 度环 、 电流环 调节 控制通过 一系列矢量 变换 后用于交流三相电动机的控制， 使异步电机的调速性能接近 直流电机的调速性能。 ②采用先进 I P M功率模块， 功率损耗小 ， 解决了功率器 件在防爆箱体 内的散热问题 。 ③采用 自动换相变频技 术 ， 将变频器 网侧 的不 可控 整流桥换成可控整流桥 ， 对 网侧交 流电流大小 和相位进 行检 测 ， 并 实行 P WM 控制 ， 这 样使交 流输 入电流 接近正 弦波 ， 消 除了高次谐波 ， 并使 输入 电流 与 电源 电压 同相位 ， 使 系 统的 功率 因数接近等于 1 。当电动机 减速 制动时 ， 从逆变 器 返 回 的再生功率使变频器内直流母线电压升高， 变频器内计算机 发出指令 ， 使输入 电流相位 与 电源电 压相位相 反 ， 将 电动机 再生能量反馈 到 3 8 0 ／ 6 6 0 V电网中去 ， 实现 电动机运行 的能量 再生制动。 2 调速系统采用双 P I C系统， 构成“ 双线制” 控制和安 全保护 ， 关键 电路 和 安全 回路 、 减速 回路 等均采用 硬软 件冗 余设计和多样化设计。重大故障如等速超速、 减速超速、 过 卷等故障均采用硬软件冗余设计 ， 并具有二重或三重保护。 3 系统设计 按照 安全 可靠 、 技 术 先进 、 使 用维 护方便 、 经济实用等原则进行方案设计 和评 审。 4 系统设计符合 煤矿安全规程 有关规定和用户的特 殊要求 ， 在 为保证 该 系统 的防爆 性 能 ， 采用 隔爆 P I C控 制箱 与本安显示操作 台 D C 2 4 V， 总工作 电流小 于 2 0 0 mA 相结 合 ， 外围 传 感 器 及 行 程 开 关 、 磁 性 开 关 均 采 用 本 安 型 均 为 D C T V， 工作电流小于 2 0 I n A 。 5 系统 的电磁兼 容性符合国家标准。 2 Z J T一3 0隔爆兼本安 智能变频调速装置 2 ． 1 主要特点 Z J T一3 0型隔爆兼本安智能变频调 速装 置是 在引进国外 先进技术 的基础上 开发 的煤矿 井下 防爆 绞车 四相限变 频调 速装置。它采用 了交直交无速度传感器矢量控制 技术 ， 调速 范围广 、 调速性能好 ， 具有功 能齐 全、 可靠 、 调节灵 活方便 、 抗干扰能力强和使用 寿命长 的特点 。 当提升绞车作 下放操作 时 ， 变频器 能 自动 向供 电电网发 电， 使电动机处于发电反馈制动状态工作， 改善了下放操作 时的调速性能 ， 提高 了安全性 ， 节 约了电能。 2 ． 2 主要技术参 数 1 输入 电源 电压 A C 3 8 0 V 6 6 0 V ， 频 率 5 0 H z ； 电压允许 波 动范围 一1 5 ％～1 0 ％； 频率允许波动范围2 ． 5 ％； 2 输 出频率范 围 0～5 0 H z ； 连续 可调 ； 3 控制 电动机功 率 1 3 2 ～3 1 5 k W； 4 过载能力 1 ． 5 I n ／ 2 m i n ， 2 I n ／ l m i n ； 5 有较高 的功率 因数 C 0 5 0 ． 9 5 ； 6 低 频运 转时 ， 有 自动转矩提 升功 能 ． 能保证 1 0 0 ％ 的 额定转矩 ； 7 变频器设有过 压 、 欠压 、 过流 、 过载 ， 功率元件 过热和 电机缺相等保 护功能 ， 设有故障记忆功 能 ， 能保 留最近 1 0次 故障的功能号码和最后一次故障的参数； 维普资讯 2 0 0 5 年 第3 期 东堪蔗 舛技 纡 凤量调 和 剐确 俜矽 辞名舍生 产 临沂矿务局 田庄煤矿张伦恭俞建廷装广利 进行风量调节和控制， 是通风技术管理中的一项很重要 的工作， 对保证井下各个用风地点的风量按需供应， 达到满 足安全和提高经济效益的需要 ， 具有重要作用。 1 田庄煤 矿矿井概 况 田庄矿采用 中央并列 式通 风方 式 ， 通 风方 法 为抽 出式 ， 副井进风 ， 主井 回风。主要 通风机 为 B D K 6 0 c 一6 一N O． 1 8型 对旋式 通风 机 ， 电动机 为 27 5 k W、 3 8 0 V ， 设 有两 台通 风机 ， 其中一台工作， 一台备用。全矿总进风量 4 2 3 9 m 3 ／ m i n ， 总回风 量 4 2 9 o ／ m i n ， 主通风 机风 量在 4 8 8 7 ／ m i n ，目前矿 井总需 风 量 为 3 7 I o ／ mi n 。 2 风■ 的调节 与控 制 z o o 2 年 矿井生产集中在二采 区 ， 通风 流程长 ， 需风量 大， 而一采区只有一个 1 1 7 0 4 采煤工作面和二个掘井迎头 ， 且 通风线路较近 ， 为了满 足 二采 区的用风 需求 ， 在 一采 区北 翼 皮带机巷建一道调 节风量 窗。 2 2 0 0 3年随着一 采 区通 风线 路 的不 断加长 ， 采 掘头 面 的增加 ， 需 风量 加大 。为 了满 足生 产需要 ， 把一 采 区北 翼皮 带机巷的调节风窗去掉， 同时将老北翼运输巷与北翼皮带机 巷形成并联 回风巷 ， 降低 通风阻力 ， 从 而达 到了词风效果。 3 2 0 0 4年以来， 一采区和二采区通风线路都较长， 且增 加南翼开拓巷 道 ， 通 风较 困难 。为 了保证 安全 生 产 ， 采 取 了 以下措施 ①将风井主扇 电机 由4 5 k W更换成 7 5 k W； ②清理 风巷浮煤 ， 保证 回风断 面 ； ③处 理井下 一二 采 区 回风 巷 的局 部积水和障碍物 ， 减少局 部 阻力 ； ④加 强井 下通 风设 施 的质 量标准化建设 ， 减少 内部 漏风 ； ⑤封堵 外部漏 风 ， 提高矿井有 效风量率 。 3 分析和体会 矿井风量调节是在保证所需风量 的要求 下 ， 采 取调节措 施 ， 使 各 网孔 中各风路 的阻 力满 足风量 控制 的要 求 ， 即 h R Q 2 的要求。 1 矿井风量调节最常用的是增阻调节法也叫风窗调节 法 它具有简单易行、 施工方便的优点， 也是采区内的主要调 节措施， 但这种调节方法会使矿井总风阻增大。特别是在矿 井主要风流 中安调节风窗时 ， 矿 井总风阻增加 较大。在 主扇 特性曲线不变的情况下 ， 主扇工况点将向左向上漂移， 矿井 总风量势必下 降。要保持矿 井总风量不减 ， 必须 调整 主扇 的 特性 曲线 ， 提高风 压 ， 势必增 加通 风 电费。但在 采 区 以内的 次要风路 中安设调节风 窗时 ， 对矿 井总风阻影 响较小 。因此 在安排 产量和布置 巷道 时 ， 要尽量避 免 网孔 中各风路 的阻力 悬殊过大 ， 避免在通过 风量较大 的主要风路 中安设风 窗。在 采区内风窗一般应设在 回风侧， 以免影响运输行人， 而窗口 应设在上部， 以利于排除瓦斯， 如遇风桥时， 应将风窗安设在 风桥之后 ， 以减少风桥漏风 。 2 减阻调 节法是 提高 矿井 通风 能力 的重要 措施 之一 ， 它对降低矿井负压 、 减少矿 井 漏风 ， 预 防煤层 自燃发 火有 着 重要作用 。优点 是减少 矿 井总 风阻 ， 增加 矿井 总风 量 ， 调风 效果显著 ， 和增阻调节法相比， 主扇通风电费较低 ， 但扩大巷 道断 面或另开并 联巷道 的工 程 量较 大 ， 耗 费多 ， 施 工时 间较 长。因此， 要根据矿井的实际综合平衡， 经济合理地采用不 同的方法。对于服务时间长、 风阻大、 不能使用辅助扇风机 调节的地区， 要根据轻重缓急， 按照分步骤分部比较的方法 ， 逐步采取 减阻措施 。 3 田庄矿 近几年 的增 阻调节法 常用于局部 风量调 节和 临时性风量调节， 减阻调节法则常用于范围较大有服务时间 长 的风量 调节。对 风量 的调 节控制 ， 一般在 风路畅通 阻力较 小的工作面回风道安设调节窗， 而在风路远、 阻力大的工作 面回风道 ， 应采取扩大断面降低阻力来调节风量。并配合采 用调整 主扇工 况点 的方 法 ， 进行 全矿 井总风量调节。 4结语 随着矿井生产 的发 展和采掘部署 的变化 ， 需 要经 常进行 通风系统的调整改造。采取各种有效措施调节和控制风量 ， 使之达到安全 可靠经 济的 目的 ， 在 保证安 全生 产的前 提下 ， 进行综合 分析 、 方案对 比和预 测 ， 选择 最佳方案 ， 达到最佳 效 果 ， 以提高矿井通风能力 ， 促 进安全生产 。 8 采用电子滤波技术， 降低了对电网的谐波污染 ． 总谐 波含量小于 0 5 ％。 2 ． 3 变频器 内部 结构 Z J T一 3 0型变频 调速装 置 的主 电路 由充 电接触 器 、 进 线 电抗器 、 充电电阻 、 平波 电容组 和 6组 S K I I P模块 组成 。由 6 个 S K I I P 模块组成两组三相桥式变流电路 ， 其中一组为变频 器输 出逆变器 ， 另一组 为向电网发电反馈的逆变桥 。 2 ． 4 主要技术原理 采用全数字无 速度 传感 器矢 量控制 ， 系统调 速范 围宽 ， 调速精度高 ； 变频器在低频运行时 ， 保证 由 1 0 0 ％额定力矩输 出。最大转矩为额定转 矩 的两倍 ， 0 ． 5 H z即可达 到 1 ． 7倍 以 上 的启动转矩 。 作者简介王金和男 ， 1 9 7 1 年 出生 ， 1 9 9 4年毕业 于 山东矿 业学院， 工程师， 现从事机电管理与研究工作。 维普资讯