0 引言

五陽煤礦主井提升機型號為JKM-3.25伊4(域)C，提升容器型號為JDS-12/110伊4 型多繩12 t 箕斗;拖動設(shè)備選用YR800-12/1430 型電機，雙機拖動。五陽煤礦主井提升系統(tǒng)于1991年進行過一次大規(guī)模的技術(shù)改造，整套提升機設(shè)備全部更換，由6 t 箕斗更換為12 t 箕斗，井塔、井筒裝備全部進行加固，其承載能力已基本達到極限。因此，增加提升能力的前提條件是在現(xiàn)有大型設(shè)備的基礎(chǔ)上，進一步提高電控系統(tǒng)的控制性能和可靠性，使提升系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備的潛在能力得以充分發(fā)揮。

1 原電控系統(tǒng)概況及存在的問題

五陽煤礦主井提升機原電控系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、低頻減速、低頻拖動。原采用的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，以晶閘管控制各段電阻的投切，加速時間長達11.5 s左右;低頻減速時間達到9.66 s;低頻爬行以0.45 m/s 速度運行，爬行時間長達32.8 s左右。

原電控系統(tǒng)存在的最主要問題是：

1)減速爬行段時間過長，爬行段距離為16.4 m，約需要32.8 s;

2)原電控系統(tǒng)在減少爬行時間、提高產(chǎn)量方面已無法達到要求。

同時原電控系統(tǒng)所采用的調(diào)速方式存在以下缺陷和問題：

1)轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能造成巨大的能源浪費;

2)電阻只能分級切換，實現(xiàn)的是有級調(diào)速，設(shè)備運行不平穩(wěn)易引起電氣及機械沖擊，起動時電機的沖擊電流達400 A;

3)低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，啟動電流和換擋電流沖擊大;

4)中高速運行時系統(tǒng)振動大，制動既不安全又不可靠。

2 技術(shù)改造原則與方案

2.1 技術(shù)改造總原則

1)采用四象限大功率高壓變頻器實現(xiàn)同步驅(qū)動2臺800 kW主傳動電動機。

2)原電控系統(tǒng)保留，可獨立運行。

3)電控系統(tǒng)的改造依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》進行。

2.2 技術(shù)改造方案

技術(shù)改造方案具體內(nèi)容為：將現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子串電阻的轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速方式改為變頻變壓的轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速方式;采用專用高壓變頻器實現(xiàn)。

該高壓變頻器采用性能優(yōu)良、技術(shù)成熟、安全可靠的輸入隔離變壓器-H 橋單元串聯(lián)多電平技術(shù)方案。由電網(wǎng)送來的三相6 kV交流電經(jīng)過隔離移相變壓器供給每相4 個共12 個IGBT 功率單元，每相上的4個功率單元輸出的PWM波相疊加后，三相采用Y 形連接，形成了線電壓為6 kV 的高質(zhì)量的正弦波輸出，供給提升機的電動機。

通過控制此輸出給提升機電機的正弦波的電壓幅值和頻率來控制絞車電動機的轉(zhuǎn)速，從而達到按系統(tǒng)要求來控制提升機的提升速度。

3 性能分析

1)對系統(tǒng)進行高壓變頻技術(shù)改造后單次提升循環(huán)時間由120 s縮短至90~100 s，大幅度提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了五陽礦進一步提高產(chǎn)量的目標。

2)提高主井提升機的效率，實現(xiàn)噸煤節(jié)電量不低于25%的目標。

將現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子串電阻的轉(zhuǎn)差功率消型調(diào)速方式改為變頻變壓的轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速方式后，在正常工況下，現(xiàn)有的大功率調(diào)速電阻群將不再使用。如果保持目前生產(chǎn)條件不變，噸煤耗電量將下降25%。

3)提高了功率因數(shù)，降低了無功功率。由于采用了先進的隔離移相變壓器技術(shù)和電壓源型IGBT 逆變技術(shù)，在克服了傳統(tǒng)變頻器對電網(wǎng)的諧波干擾的同時，主傳動系統(tǒng)的功率因數(shù)將由目前的0.89 提高到0.96 以上，大大提高了設(shè)備對電網(wǎng)容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。

4)提高系統(tǒng)運行的可靠性、安全性。技術(shù)改造完成后，由于在正常工況下不再使用大功率調(diào)速電阻群，也不使用切換電阻用的接觸器，較大幅度地減少了電氣和機械故障對生產(chǎn)的影響。

由于電壓和頻率均連續(xù)可調(diào)，電動機的起動電流可得到有效控制，轉(zhuǎn)矩沖擊將不再存在，這將明顯地減少當前的有級調(diào)速系統(tǒng)容易出現(xiàn)的齒輪

箱和鋼絲繩等設(shè)備的機械故障。

由于減速過程由電力制動取代了原來的低頻制動，制動效果更好，尤其使爬行速度按要求的速度圖嚴格控制，從而更加安全。

5)系統(tǒng)實現(xiàn)自動化提升，無需人工操作;同時具有自動和半自動選擇。

6)加減速速度曲線為“S”型曲線，曲線平滑無拐點，起停車時平穩(wěn)無抖動、制動平穩(wěn)，對機械設(shè)備無任何沖擊。

7)變頻系統(tǒng)對電網(wǎng)的諧波干擾低于國家標準。

8)改造后系統(tǒng)可在0 m/s至全速范圍內(nèi)的任意速度下連續(xù)重載安全運行。

4 經(jīng)濟效益與社會效益

改造后，新系統(tǒng)的一次提升循環(huán)時間縮短為90~100 s，考慮煤質(zhì)等因素，我們?nèi)?00 s，新系統(tǒng)1 h將比原系統(tǒng)平均多提5 斗煤，一天工作20 h，每斗煤按10 t計算，一天將增加產(chǎn)量1 000 t。按年工作330 天，噸煤按400 元計算，每年將增加銷售收入為330伊1 000伊400=13 200萬元。按銷售收入的40%作為利潤計算，一年新增利潤13 200伊0.4=5 280萬元。

綜上所述，高壓變頻技術(shù)具有良好的節(jié)能效果，在降低企業(yè)生產(chǎn)成本的同時，也積極響應(yīng)了國家倡導的節(jié)能降耗要求，具有很好的示范作用。