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1、變頻提升電控系統(tǒng)改造方案一、引言 湖南某煤礦4礦提升機系統(tǒng)現(xiàn)有主井提升電控系統(tǒng)均為交流繞線式電機轉子串電阻調速控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)屬于有級調速，低速轉矩小，轉差功率大，啟動電流和換檔電流沖擊大，中高速運行振動大，制動不安全不可靠，對再生能量處理不力，低速運行到終點時易出現(xiàn)“過卷”現(xiàn)象，故障率高，運行效率低等缺點，礦用生產(chǎn)是24小時連續(xù)作業(yè)，即使短時間的停機維修也會給生產(chǎn)帶來很大損失。集團公司領導下決心對該提升機電控系統(tǒng)進行改造。因此該煤礦提升機系統(tǒng)擬對原有提升控制系統(tǒng)進行變頻改造，改造后的系統(tǒng)采用變頻調速控制，針對此低壓變頻改造項目，武漢市通益電氣有限公司通過對生產(chǎn)工藝流程、現(xiàn)場使用條件的充分調2、研和反復研討、論證，認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，制定出如下技術方案，此方案具有以下特點：優(yōu)良的調速性能，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)運行效率；實現(xiàn)電機軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護費用，延長設備使用壽命；系統(tǒng)安全、可靠，確保負載連續(xù)運行；控制方便、靈活，自動化水平高，可以靈活的擴充上位機，方便實現(xiàn)DCS控制；纖小的設備體積，可以有效的縮小設備占地面積，便于集中控制。二、對高壓變頻器的要求 由于提升類負載對變頻器有著不少特殊的要求，所以一般普通變頻器不可能直接用到提升機上。提升機對變頻器要求有以下主要特點： （1）要求可靠性3、高； （2）要求能實現(xiàn)四象限運行，解決能量回饋； （3）要求有完善的數(shù)字控制功能； （4）技術指標要求高（例如啟動轉矩2倍以上，150%額定電流以下連續(xù)運行，200%額定電流一分鐘保護）； （5）要求適應惡劣的使用環(huán)境； （6）要求標準的數(shù)字通信接口； （7）運行速度曲線成S形，加減速平滑。三、原礦山提升機調速系統(tǒng)簡介 該煤礦4礦提升機系統(tǒng)現(xiàn)有主井提升電控系統(tǒng)均為交流繞線式電機轉子串電阻調速控制系統(tǒng)。 設備存在的問題突出表現(xiàn)在： （1）串聯(lián)電阻調速，其調速呈跳躍狀有級調速，使得減速機齒輪，天輪，礦車與軌道之間，在加減速運行階段均受到?jīng)_擊力的作用，使設備易損壞，鋼絲繩易疲勞，導致維修量大，檢修費4、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；僅此兩項維修材料費用高達45萬元。 （2）串聯(lián)電阻調速，使得礦車起動，調速，減速或長時間開慢車時，大部分電能白白消耗在電阻器上；當電動機在電壓下降時，力矩下降，轉差率增大，如發(fā)生斜井掉道時，絞車難以啟動，易發(fā)生溜車事故，如處理不當極易發(fā)生人身傷亡事故。 （3）能耗高，低速時機械特性軟。因為轉速的降低是通過轉子外接電阻消耗能量來實現(xiàn)的，并且轉速越低，機械特性越軟，消耗在電阻中的能量比例越大。 （4）主井提升機四、變頻器選型及性能特性 TYCHON-YVF系列大功率5、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)的高壓交流電機調速驅動裝置。變頻器采用先進的功率單元串聯(lián)疊波技術、矢量控制技術、有源逆變能量回饋技術、新穎的全中文操作界面，可靠性高、性能優(yōu)越、操作簡便。可應用于需要四象限運行、帶能量反饋、動態(tài)響應快、低速運行轉矩大等場合。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)越的恒轉矩起動及快速制動特性，應用范圍更加廣泛，更適合對電機轉速、轉矩、制動精度要求高的領域，特別是用于礦山提升機等應用場合。礦山冶金：礦井提升機、皮帶機等，尤其適合大型煤礦的礦井提升機，可完全替代進口產(chǎn)品；大型港口：港口吊裝機等。1、采用TYCHON-YVF6、系列矢量高壓變頻器對礦井提升設備進行驅動具有如下優(yōu)勢：（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)補償，可直接驅動普通電機；（2）系統(tǒng)控制電源采用220VAC和高壓主電源降壓隔離后雙路供電，系統(tǒng)運行更可靠、操作更簡便。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、停機時，操作煩瑣；（3）冷卻風機采用高壓主電源降壓后直接驅動，風機僅在上高壓電后運行。系統(tǒng)220VAC控制電源容量僅需1kVA，且避免了冷卻風機啟、停時對控制系統(tǒng)的干擾；（4）功率單元工作電源為高壓開關電源，直接取自單元內(nèi)部電容，避免了瞬時掉電對單元的影響；（5）更適應于國內(nèi)電7、網(wǎng)條件，變頻器工作電壓范圍為UN+15-20%，如6kV系列可穩(wěn)定運行于6900V電壓條件下；（6）瞬時停電保護功能。當主電源失電后，變頻器控制電機處于發(fā)電狀態(tài)運行，為單元電容充電，并為單元控制電源供電，直至主電源恢復，變頻器回到原運行狀態(tài)。瞬時停電時間典型值為3秒（具體時間長短與負載的轉動慣量大小有關）；（7）限流功能。避免啟動或負載突然變化時，使變頻器輸出電流過大而導致保護動作；（8）操作平臺采用全中文Windows 2000系統(tǒng)，運行穩(wěn)定，且易學易用；（9）結構緊湊，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。可與DCS系統(tǒng)實現(xiàn)通訊（采用標準MO8、DBUS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，均實現(xiàn)100%的嚴格測試。各系列產(chǎn)品出廠前均完成100% 72小時以上負載測試記錄，確保產(chǎn)品的可靠性。（12）有較強的工程設計能力和溝通意愿，能根據(jù)用戶現(xiàn)場條件和控制要求量身定做，及時滿足用戶的不同需求；（13）功率單元模塊化設計，可以互換，維護簡單；（14）二次接線模塊化設計，現(xiàn)場接線簡單，安裝周期短；2、主要技術性能指標 額定容量：350kVA 適配電機功率： 250kW 額定電流：31A 額定輸入電壓： 6kV（-20%+15%） 輸入頻率：45 - 55Hz 輸入方式：30脈沖9、二極管全波整流輸入 輸出方式：每相6單元疊波正弦波脈寬調制輸出 輸入功率因數(shù)： 大于0.96（額定負載時） 效率（含變壓器）： 大于96%（額定負載時） 輸出頻率： 0 - 120Hz，0 - 100%連續(xù)可調 頻率分辨率： 0.01Hz 過載能力： 120%一分鐘保護，150%立即保護 控制電源： 雙路供電，220VAC，1kVA 冷卻方式：強制風冷 防護等級：IP30 總重：約3500kg 模擬量輸入： 兩路，010V/420mA，任意設定 模擬量輸出： 兩路，010V/420mA，可選 開關量輸入輸出：24入/16出（可按用戶要求擴展） 通訊接口：隔離RS485接口，MODBUS規(guī)約 運10、行環(huán)境溫度： 0到40 貯存/運輸溫度： -40到70 環(huán)境濕度：90%（20時），不結露 安裝海拔高度： 1000米（超過1000米時，需降額運行） 運行參數(shù)自動記錄和輸出、自動故障記錄、限流功能、輸出電壓自動調整功能、瞬時停電自動跟蹤功能等。3、技術參數(shù)型號TYCHON-YVF06/031變頻器容量（kVA）315適配電機功率（kW）250額定輸出電流（A）31外型尺寸（WHD）340020001500每相串聯(lián)單元數(shù)6額定輸入電壓6kV（-20%+10%）輸入頻率45Hz55Hz調制技術PWM控制技術、帶速度傳感器的矢量控制技術控制電源220VAC，1kVA輸入功率因數(shù)額定負載下0.9效率11、（含變壓器）額定負載下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%額定電流立即保護模擬量輸入兩路，010V/420mA模擬量輸出兩路，010V/420mA上位通訊隔離RS485接口，MODBUS，PROFIBUS加減速時間5秒1600秒，連續(xù)可調開關量輸入輸出12入/9出運行環(huán)境溫度0到45貯存/運輸溫度-40到70冷卻方式強迫風冷環(huán)境濕度90%，不結露安裝海拔高度1000米（超過1000米時，需降額使用）五、變頻器改造后的經(jīng)濟效益由于本次采樣未取得原提升系統(tǒng)運行速度圖，系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后具體節(jié)能量無法通過計算得到。根據(jù)既往同類案例估算，該12、礦井主、副提升系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后節(jié)能量均能達到30%以上。1、工頻狀態(tài)下的年耗電量計算：Pd：電動機功率； U：電動機輸入電壓； I：電動機輸入電流； cos：功率因數(shù)；Cd：年耗電量。計算公式：Pd 1.732UIcos電機功耗：Pd 1.732UIcos 1.7326270.85238.5kW日耗電量：238.50.0831001979.55kWh年耗電量：Cd1979.55350692842.5kWh變頻狀態(tài)下的年耗電量計算：電機功耗：（5/50）32000.2kWh（30/50）320043.2kWh日耗電量：0.20.01671000.334Wh43.20.01110047.52kWh13、238.50.0561001335.6kWh0.33447.521335.61383.45kWh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：596.1kWh350208635kWh0.56116835.6元2、機械，電氣方面節(jié)約的維護費用（1）變速箱的齒輪因為改造后實現(xiàn)了軟啟，軟停，大大減少了齒輪受硬機械力的損傷的可能性，每年可以減少維護費用不低于10萬元。（2）改造后電阻箱的消耗基本沒有，這一塊的維護費用可以全部節(jié)約。大致一年可以節(jié)約1.5萬元左右。（3）電氣柜內(nèi)的控制串阻的接觸器可以延長使用壽命，一年可以節(jié)約14、將近1萬元的電氣元器件費用。（4）加了電磁制動以后，減少了機械制動的摩擦力，機械制動每年可以節(jié)省維護費用5000元。（5）在提升系統(tǒng)改造成了變頻系統(tǒng)控制以后，維護時間大大縮短，間接產(chǎn)生的經(jīng)濟效益大大提高了。六、結束語 礦山提升機變頻調速系統(tǒng)具有控制性能優(yōu)良、操作簡便、運行效率高、維護工作量小等諸多優(yōu)點，隨著變頻調速技術的日益成熟與能源節(jié)約要求的必然趨勢，它正成為礦山提升機傳動的發(fā)展方向。改造后的提升機系統(tǒng)，大大降低了工人的勞動強度，操作的靈活性比以前有很大的提高，根據(jù)不同的工況可以有針對性地改變系統(tǒng)參數(shù)，提高了生產(chǎn)效率。斜井掉道和料車啟不動的情況基本可以杜絕，安全性也有很大的改善，由于頻率可調的隨意性，鋼纜的更換比以前安全可靠多了。由于有了電氣制動，相對于在原有的機械制動的條件下又加了一層保險，溜車和料車出軌的情況基本可以杜絕，并且大大提高了料車到位的準確性。綜上所述，該提升系統(tǒng)改造后，所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)效益在原來基礎上有很大的提高，尤其是在經(jīng)濟效益方面，節(jié)能的費用和維護的費用一年能節(jié)約將近24萬元左右。要是算上間接產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，兩年半左右基本上可以把用于系統(tǒng)升級換代的費用全部收回來，經(jīng)濟效益相當可觀