高壓變頻器在煤礦主井提升機(jī)改造中的應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯高壓變頻器在煤礦主井提升機(jī)改造中的應(yīng)用1、引言

隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,高、低壓變頻調(diào)速技術(shù)已發(fā)展成一種成熟穩(wěn)定的技術(shù),在各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié),交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)以其體積小、低維護(hù)量、優(yōu)異的調(diào)速性能等諸多優(yōu)點(diǎn)在逐步替代傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng),現(xiàn)已經(jīng)成為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì),成為電機(jī)節(jié)能高效運(yùn)行的有效手段。

煤礦地面的大動(dòng)力設(shè)備主要包括:主井提升機(jī)(或主運(yùn)輸皮帶機(jī))、副井提升機(jī)、主通風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)等高壓大功率用電設(shè)備。因此,電機(jī)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)從高壓大功率設(shè)備的變頻改造著手進(jìn)行。尤其煤礦的立井主提升機(jī)因其每天約20多小時(shí)連續(xù)運(yùn)行是煤礦生產(chǎn)中的主要耗能設(shè)備,對(duì)其進(jìn)行變頻改造、節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行尤為必要。

2、主井提升機(jī)的技術(shù)參數(shù)和調(diào)速現(xiàn)狀

目前,國(guó)內(nèi)還有很多礦井的主井提升機(jī)采用交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻方式進(jìn)行工作。起主井提升系統(tǒng)主要包含異步電動(dòng)機(jī)、電控、調(diào)速電阻、輥筒、箕斗、鋼繩等組成。以下就以某煤礦主井提升機(jī)改造項(xiàng)目為例,對(duì)主井提升機(jī)改造進(jìn)行探討和研究。

某煤礦主立井提升機(jī)目前的調(diào)速方式為轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速,采用接觸器控制電阻的投切,加速時(shí)間長(zhǎng)達(dá)約20秒左右;減速爬行至停車時(shí)間長(zhǎng)達(dá)29秒左右,加速時(shí)電機(jī)電流持續(xù)接近100A耗能嚴(yán)重。且起動(dòng)時(shí)電機(jī)的沖擊電流大大超過電機(jī)額定電流。因此,在2022年對(duì)該主井提升機(jī)進(jìn)行了變頻改造。

2.1主立井提升機(jī)參數(shù)

目前,主立井提升系統(tǒng)是雙鉤8.8噸箕斗纏繞式提升機(jī),其調(diào)速系統(tǒng)是交流6kV/630kW雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的繞線電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)。

2.2串電阻調(diào)速方式存在的固有缺陷和問題

1)轉(zhuǎn)子回路串接電阻,消耗電能造成巨大的能源浪費(fèi);

2)電阻只能分級(jí)切換,實(shí)現(xiàn)的是有級(jí)調(diào)速,設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)易引起電氣及機(jī)械沖擊;對(duì)電機(jī)軸承、鋼絲繩、減速器齒輪等造成巨大沖擊,威脅系統(tǒng)的機(jī)械安全;

3)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;

4)中高速運(yùn)行振動(dòng)大;制動(dòng)不安全不可靠;

5)司機(jī)的開車熟練程度和責(zé)任心完全影響提升時(shí)間、電機(jī)電流,尤其夜班司機(jī)易疲倦,存在安全隱患;

6)線繞電機(jī)轉(zhuǎn)子因?yàn)楣ぷ鳒囟雀呷菀组_焊,滑環(huán)存在接觸不良問題,容易引起設(shè)備故障;

7)設(shè)備維護(hù)工作量大、維護(hù)費(fèi)用高;

8)2臺(tái)電機(jī)分別串接三相轉(zhuǎn)子電阻體積龐大,發(fā)熱嚴(yán)重使工作環(huán)境惡化,夏季使環(huán)境溫度高達(dá)60℃以上,導(dǎo)致工作環(huán)境惡劣;

9)電機(jī)的功率因數(shù)低,無功損耗較大。

3、主井提升機(jī)的變頻改造

3.1變頻工作,老系統(tǒng)備用

采用1套榮信電力電子股份有限公司生產(chǎn)制造的規(guī)格型號(hào)為RHVC―A06/1600―TR的高壓變頻裝置和PLC電控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有老系統(tǒng)進(jìn)行改造,此變頻系統(tǒng)是提升機(jī)專用的矢量控制四象限H橋串聯(lián)多電平技術(shù)的高壓變頻調(diào)速裝置;因老系統(tǒng)目前尚可以使用故不拆除而作為備用系統(tǒng)保留。

3.2工頻手動(dòng)切換

系統(tǒng)配置了手動(dòng)工頻旁路。

在變頻系統(tǒng)需要維護(hù)或故障時(shí)切換柜能實(shí)現(xiàn)工頻旁路,旁路后改為原來的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)。手動(dòng)切換控制如下圖所示:變頻工作時(shí)首先分?jǐn)噙M(jìn)線電源開關(guān)K1使系統(tǒng)斷電,再將K11、K12閉合,K13斷開,此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組三相通過一個(gè)刀開關(guān)短接;若需切換至工頻時(shí),在K1分?jǐn)嗍瓜到y(tǒng)斷電的情況下將K11、K12分閘,K13閉合,同時(shí)分?jǐn)喽探愚D(zhuǎn)子的開關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí)K11、K12和K13進(jìn)行了機(jī)械互鎖。

而且工藝電控系統(tǒng)也改造為高可靠性的PLC電控系統(tǒng),由此PLC電控系統(tǒng)完成與老系統(tǒng)的切換控制。

4、高壓變頻原理

RHVC系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)作為一種高新技術(shù)節(jié)能產(chǎn)品,采用目前國(guó)際上先進(jìn)的IGBT功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)。具有高效節(jié)能、高功率因數(shù)、高可靠性等特點(diǎn)。

圖2功率單元

每相由5個(gè)功率單元串聯(lián)成為一相,三相Y接輸出。逆變器輸出采用每相5個(gè)功率單元輸出的SPWM波相疊加,形成高質(zhì)量的正弦波輸出,供給電動(dòng)機(jī),來驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)。

主控柜和功率柜之間采用光纖隔離技術(shù),防止了電磁干擾,做到了高壓與低壓的完全隔離,具有極高的安全性。

高壓變頻的系統(tǒng)拓?fù)鋱D(如圖3)所示

圖3系統(tǒng)原理拓?fù)鋱D

5、提升機(jī)變頻改造的收益

主立井提升機(jī)機(jī)高壓變頻改造后除給用戶帶來直接的大幅度降低提升用電的電能消耗,獲得直接的節(jié)能收益外,還帶給用戶其他多方面的綜合效益。

5.1直接節(jié)能效果

改造前噸煤電耗

此主井2022年全年的提升耗電為440萬度,產(chǎn)量為220萬噸。

所以其噸煤電耗為440萬度/220萬噸=2度/噸

改造后噸煤電耗

經(jīng)省節(jié)能監(jiān)測(cè)中心檢測(cè),其煤電耗為1.6度/噸。

節(jié)能率為:(2-1.6)/2=20%

5.2.提高產(chǎn)量

主井提升距離為374.4米,最大提升速度7.5m/s,箕斗載重8.8噸。變頻改造后的提升速度圖如下示。

按照國(guó)家《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,高壓變頻改造后提升速度圖按系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)能力的加、減速度的運(yùn)行,一次提升時(shí)間核算如下:

采用高壓變頻控制系統(tǒng)改造后,提升機(jī)運(yùn)行時(shí)間計(jì)算結(jié)果為:

改造后,提升過程總時(shí)間為:69.60s

目前裝卸載時(shí)間為6-10s,所以一個(gè)提升循環(huán)總時(shí)間為:79.60s,估算為83s.

如提升機(jī)運(yùn)行按一天工作22小時(shí),每年運(yùn)行11個(gè)月,每斗煤按8噸計(jì)算,得到綜合計(jì)算:

每年的產(chǎn)量計(jì)算為:

(3600/83)*22*30*11*8(噸/斗)=252萬噸

[注:原系統(tǒng)的產(chǎn)量220萬噸]

6、結(jié)論

經(jīng)過變頻技術(shù)改造后主井提升機(jī)運(yùn)行良好,