變頻提升電控系統(tǒng)改造方案

1、變頻提升電控系統(tǒng)改造方案一、引言    湖南某煤礦4礦提升機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)有主井提升電控系統(tǒng)均為交流繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)屬于有級(jí)調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，啟動(dòng)電流和換檔電流沖擊大，中高速運(yùn)行振動(dòng)大，制動(dòng)不安全不可靠，對(duì)再生能量處理不力，低速運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)易出現(xiàn)“過卷”現(xiàn)象，故障率高，運(yùn)行效率低等缺點(diǎn)，礦用生產(chǎn)是24小時(shí)連續(xù)作業(yè)，即使短時(shí)間的停機(jī)維修也會(huì)給生產(chǎn)帶來很大損失。集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)下決心對(duì)該提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造。因此該煤礦提升機(jī)系統(tǒng)擬對(duì)原有提升控制系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造，改造后的系統(tǒng)采用變頻調(diào)速控制，針對(duì)此低壓變頻改造項(xiàng)目，武漢市通益電氣有限公司通過

2、對(duì)生產(chǎn)工藝流程、現(xiàn)場(chǎng)使用條件的充分調(diào)研和反復(fù)研討、論證，認(rèn)為采用武漢市通益電氣有限公司生產(chǎn)的TYCHON系列高壓變頻器完全能滿足要求，制定出如下技術(shù)方案，此方案具有以下特點(diǎn)：優(yōu)良的調(diào)速性能，可完全滿足生產(chǎn)工藝要求；良好的節(jié)能效果，可提高系統(tǒng)運(yùn)行效率；實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，減小啟動(dòng)沖擊，降低維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；系統(tǒng)安全、可靠，確保負(fù)載連續(xù)運(yùn)行；控制方便、靈活，自動(dòng)化水平高，可以靈活的擴(kuò)充上位機(jī)，方便實(shí)現(xiàn)DCS控制；纖小的設(shè)備體積，可以有效的縮小設(shè)備占地面積，便于集中控制。二、對(duì)高壓變頻器的要求    由于提升類負(fù)載對(duì)變頻器有著不少特殊的要求，所以一般普通變頻器不可

3、能直接用到提升機(jī)上。提升機(jī)對(duì)變頻器要求有以下主要特點(diǎn)：  （1）要求可靠性高；  （2）要求能實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，解決能量回饋；  （3）要求有完善的數(shù)字控制功能；  （4）技術(shù)指標(biāo)要求高（例如啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩2倍以上，150%額定電流以下連續(xù)運(yùn)行，200%額定電流一分鐘保護(hù)）；  （5）要求適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境；  （6）要求標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信接口；  （7）運(yùn)行速度曲線成S形，加減速平滑。三、原礦山提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介    該煤礦4礦提升機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)有主井提升電控系統(tǒng)均為交流繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)。&#

4、160;   設(shè)備存在的問題突出表現(xiàn)在：   （1）串聯(lián)電阻調(diào)速，其調(diào)速呈跳躍狀有級(jí)調(diào)速，使得減速機(jī)齒輪，天輪，礦車與軌道之間，在加減速運(yùn)行階段均受到?jīng)_擊力的作用，使設(shè)備易損壞，鋼絲繩易疲勞，導(dǎo)致維修量大，檢修費(fèi)用增加。如2007年年終檢修中發(fā)現(xiàn)：一礦地面絞車減速箱三檔低速齒因受巨大沖擊力矩使齒輪崩裂；四礦地面絞車減速箱一檔高速齒輪軸齒尖崩裂；僅此兩項(xiàng)維修材料費(fèi)用高達(dá)45萬元。   （2）串聯(lián)電阻調(diào)速，使得礦車起動(dòng)，調(diào)速，減速或長(zhǎng)時(shí)間開慢車時(shí)，大部分電能白白消耗在電阻器上；當(dāng)電動(dòng)機(jī)在電壓下降時(shí)，力矩下降，轉(zhuǎn)差率增大，如發(fā)生斜井掉道時(shí)，

5、絞車難以啟動(dòng)，易發(fā)生溜車事故，如處理不當(dāng)極易發(fā)生人身傷亡事故。   （3）能耗高，低速時(shí)機(jī)械特性軟。因?yàn)檗D(zhuǎn)速的降低是通過轉(zhuǎn)子外接電阻消耗能量來實(shí)現(xiàn)的，并且轉(zhuǎn)速越低，機(jī)械特性越軟，消耗在電阻中的能量比例越大。   （4）主井提升機(jī)   四、變頻器選型及性能特性    TYCHON-YVF系列大功率高壓變頻器是武漢市通益電氣有限公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的高壓交流電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置。變頻器采用先進(jìn)的功率單元串聯(lián)疊波技術(shù)、矢量控制技術(shù)、有源逆變能量回饋技術(shù)、新穎的全中文操作界面，可靠性高、性能優(yōu)越、操作簡(jiǎn)便。可

6、應(yīng)用于需要四象限運(yùn)行、帶能量反饋、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、低速運(yùn)行轉(zhuǎn)矩大等場(chǎng)合。TYCHON-YVF系列矢量控制的高壓變頻器比通用型高壓變頻器具備優(yōu)越的恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)及快速制動(dòng)特性，應(yīng)用范圍更加廣泛，更適合對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、制動(dòng)精度要求高的領(lǐng)域，特別是用于礦山提升機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)合。礦山冶金：礦井提升機(jī)、皮帶機(jī)等，尤其適合大型煤礦的礦井提升機(jī)，可完全替代進(jìn)口產(chǎn)品；大型港口：港口吊裝機(jī)等。1、采用TYCHON-YVF系列矢量高壓變頻器對(duì)礦井提升設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）輸入、輸出諧波含量低，輸入功率因數(shù)高。無須濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償，可直接驅(qū)動(dòng)普通電機(jī)；（2）系統(tǒng)控制電源采用220VAC和高壓主電源降壓隔離后雙路

7、供電，系統(tǒng)運(yùn)行更可靠、操作更簡(jiǎn)便。其他產(chǎn)品一般采用柜內(nèi)UPS供電，在柜內(nèi)高溫條件下，UPS電池壽命短、故障率高，且開、停機(jī)時(shí)，操作煩瑣；（3）冷卻風(fēng)機(jī)采用高壓主電源降壓后直接驅(qū)動(dòng)，風(fēng)機(jī)僅在上高壓電后運(yùn)行。系統(tǒng)220VAC控制電源容量?jī)H需1kVA，且避免了冷卻風(fēng)機(jī)啟、停時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)的干擾；（4）功率單元工作電源為高壓開關(guān)電源，直接取自單元內(nèi)部電容，避免了瞬時(shí)掉電對(duì)單元的影響；（5）更適應(yīng)于國內(nèi)電網(wǎng)條件，變頻器工作電壓范圍為UN+15-20%，如6kV系列可穩(wěn)定運(yùn)行于6900V電壓條件下；（6）瞬時(shí)停電保護(hù)功能。當(dāng)主電源失電后，變頻器控制電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，為單元電容充電，并為單元控制電源供電，

8、直至主電源恢復(fù)，變頻器回到原運(yùn)行狀態(tài)。瞬時(shí)停電時(shí)間典型值為3秒（具體時(shí)間長(zhǎng)短與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大小有關(guān)）；（7）限流功能。避免啟動(dòng)或負(fù)載突然變化時(shí)，使變頻器輸出電流過大而導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作；（8）操作平臺(tái)采用全中文Windows 2000系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定，且易學(xué)易用；（9）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。與國內(nèi)同容量產(chǎn)品相比，柜體寬度縮小0.61.0米；（10）完善的上位控制功能?？膳cDCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊（采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊規(guī)約）或I/O方式連接。（11）主要器件均采用世界一流廠商的成熟產(chǎn)品，產(chǎn)品從元器件至半成品及成品，均實(shí)現(xiàn)100%的嚴(yán)格測(cè)試。各系列產(chǎn)品出廠前均完成100% 72小時(shí)以上負(fù)載測(cè)試記錄，確保產(chǎn)品的

9、可靠性。（12）有較強(qiáng)的工程設(shè)計(jì)能力和溝通意愿，能根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)條件和控制要求量身定做，及時(shí)滿足用戶的不同需求；（13）功率單元模塊化設(shè)計(jì)，可以互換，維護(hù)簡(jiǎn)單；（14）二次接線模塊化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)接線簡(jiǎn)單，安裝周期短；2、主要技術(shù)性能指標(biāo)² 額定容量：                 350kVA² 適配電機(jī)功率：        &#

10、160;    250kW² 額定電流：                 31A² 額定輸入電壓：             6kV（-20%+15%）² 輸入頻率：       &

11、#160;         45 - 55Hz² 輸入方式：                 30脈沖二極管全波整流輸入 ² 輸出方式：               &#

12、160; 每相6單元疊波正弦波脈寬調(diào)制輸出² 輸入功率因數(shù)：             大于0.96（額定負(fù)載時(shí)）² 效率（含變壓器）：         大于96%（額定負(fù)載時(shí)）² 輸出頻率：              &

13、#160;   0 - 120Hz，0 - 100%連續(xù)可調(diào)² 頻率分辨率：                0.01Hz² 過載能力：                  120%一分鐘保護(hù)，150%立即保護(hù)² 控制電源： 

14、;                 雙路供電，220VAC，1kVA² 冷卻方式：                  強(qiáng)制風(fēng)冷² 防護(hù)等級(jí)：        &#

15、160;         IP30² 總重：                      約3500kg² 模擬量輸入：            

16、0;   兩路，010V/420mA，任意設(shè)定² 模擬量輸出：                兩路，010V/420mA，可選² 開關(guān)量輸入輸出：            24入/16出（可按用戶要求擴(kuò)展）² 通訊接口：     &

17、#160;            隔離RS485接口，MODBUS規(guī)約² 運(yùn)行環(huán)境溫度：              0到40² 貯存/運(yùn)輸溫度：             -40到70² 環(huán)境濕度：&#

18、160;                 <90%（20時(shí)），不結(jié)露² 安裝海拔高度：              <1000米（超過1000米時(shí)，需降額運(yùn)行）² 運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)記錄和輸出、自動(dòng)故障記錄、限流功能、輸出電壓自動(dòng)調(diào)整功能、瞬時(shí)停電自動(dòng)跟蹤功能等。3、技術(shù)參數(shù)

19、型號(hào)TYCHON-YVF06/031變頻器容量（kVA）315適配電機(jī)功率（kW）250額定輸出電流（A）31外型尺寸（W×H×D）3400×2000×1500每相串聯(lián)單元數(shù)6額定輸入電壓6kV（-20%+10%）輸入頻率45Hz55Hz調(diào)制技術(shù)PWM控制技術(shù)、帶速度傳感器的矢量控制技術(shù)控制電源220VAC，1kVA輸入功率因數(shù)額定負(fù)載下0.9效率（含變壓器）額定負(fù)載下95%輸出頻率范圍0Hz120Hz輸出頻率分辨率0.01Hz過載能力150%額定電流一分鐘，200%額定電流立即保護(hù)模擬量輸入兩路，010V/420mA模擬量輸出兩路，010V/420mA

20、上位通訊隔離RS485接口，MODBUS，PROFIBUS加減速時(shí)間5秒1600秒，連續(xù)可調(diào)開關(guān)量輸入輸出12入/9出運(yùn)行環(huán)境溫度0到45貯存/運(yùn)輸溫度-40到70冷卻方式強(qiáng)迫風(fēng)冷環(huán)境濕度<90%，不結(jié)露安裝海拔高度<1000米（超過1000米時(shí)，需降額使用）五、變頻器改造后的經(jīng)濟(jì)效益由于本次采樣未取得原提升系統(tǒng)運(yùn)行速度圖，系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后具體節(jié)能量無法通過計(jì)算得到。根據(jù)既往同類案例估算，該礦井主、副提升系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后節(jié)能量均能達(dá)到30%以上。1、工頻狀態(tài)下的年耗電量計(jì)算：Pd：電動(dòng)機(jī)功率； U：電動(dòng)機(jī)輸入電壓； I：電動(dòng)機(jī)輸入電流； cos：功率因數(shù)；Cd：年耗電量。計(jì)算公式：

21、Pd 1.732×U×I×cos電機(jī)功耗：Pd 1.732×U×I×cos 1.732×6×27×0.85238.5kW日耗電量：238.5×0.083×1001979.55kWh年耗電量：Cd1979.55×350692842.5kWh變頻狀態(tài)下的年耗電量計(jì)算：電機(jī)功耗：（5/50）3×2000.2kWh（30/50）3×20043.2kWh日耗電量：0.2×0.0167×1000.334Wh43.2×0.011×10047.52kWh238.5×0.056×1001335.6kWh0.33447.521335.61383.45kWh日耗電量節(jié)約：1979.55kWh1383.45kWh596.1kWh節(jié)電率：596.1/1979.55=30%年耗電量節(jié)約：596.1kWh×