大柳煤矿副立井提升设备电气传动方案的确定

席海涛　张小明

摘 要：大型矿井提升设备电气传动方式主要有直流、交-交变频和交-直-交变频三种。本文结合设计实例，在满足提升工艺要求的前提下，通过综合技术经济比较，合理确定方案，降低了初期投资，减少了后期维护费用。

关键词：副立井 电气传动 直流 交直交 变频 技术经济

中图分类号：TD663 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0112-02

1 项目概况

大柳煤矿设计生产能力2.4 Mt/a，服务年限54.4 a。井田采用立井开拓方式，井下布置2个综采工作面、2个综掘工作面和2个普掘工作面。

副立井装备1台JKMD-4.5×4（Ⅲ）型落地式多绳摩擦提升机，提升容器为1个四绳宽罐笼+1个四绳窄罐笼，担负矿井人员、水泥、砂石、材料及设备提升任务。副立井井筒直径φ7.0 m，井口轨面标高+1276.8 m，井底车场轨面标高+730.0 m，提升高度546.8 m，单水平提升。提升机按五阶段速度图进行作业，加减速度0.6 m/s2，最大提升速度8.01 m/s，最大提升载荷29 t（含平板车），计算最大静张力差145.199 kN，单机直联拖动，计算电动机功率1600 kW。

2 电气传动方案

根据副立井提升工艺要求及电动机功率，可供选择的电气传动方式主要有直流、交-交变频和交-直-交变频三种。

直流调速具有调速控制简单、调速性能好、负载能力强、价格低、使用成本低、售后服务方便等优点。目前，国内设备制造厂家及产品使用单位已掌握直流传动技术，生产制造和现场维护经验较为丰富，因此在中小功率（<3000 kW）的提升机传动中应用较为广泛。但直流电动机存在结构复杂、碳刷维护维护工作量较大；为改善换向能力，要求电枢漏感小、转子短粗，导致转动惯量大，影响系统动态性能；除励磁外，全部功率都通过换向器输入电枢，电动机效率较低；谐波污染大，功率因数低等缺点。

交流同步变频电动机不存在上述缺点，其结构简单、转动惯量小、可靠性高、维护量小、过载能力大，气隙大便于安装调试，效率比直流电机高6%～10%，调速性能优良。随着大功率电力电子技术的发展，交流调速系统已能达到直流传动的水平。

交-交变频矢量控制传动在矿井提升机低速、大扭矩工况下，低频段无脉动，受控运行性能好，在提升过程中，可实现无制动运行，大大降低对液压制动系统的要求，系统运行的可靠性高。但交-交变频传动系统功率因数较低，在起动、运行中将会产生较大的高次谐波，对矿井电网造成污染，电动机的频繁起动也将对电网会造成较大的无功冲击，必须对此进行谐波治理和无功补偿。目前，交-交变频传动系统的功率柜已实现国产化，仅控制器需引进。

交-直-交变频矢量控制传动系统，采用新型电力电子器件（IGCT）和PWM技术，动态响应快，功率因数接近于1，高次谐波分量很小，无需专门设置谐波吸收和无功补偿装置，但交-直-交变频传动控制系统国内生产厂家较少，主要核心设备（变频器）及备件需进口，设备初期投资高。此外，变频设备需要水冷，日常维护费用高。目前，国内煤矿已引进了ABB、Siemens公司交-直-交变频传动系统上百套，运行良好。国内徐州中矿大传动与自动化有限公司、北京利德华福电气技术有限公司、北京合康亿盛科技有限公司相继推出相关成套产品，价格低于同类进口设备。

3 技术经济比较

直流、交-交变频和交-直-交变频三种电气传动方式均可满足副立井提升工艺要求，但在技术性能、调试维护、初期投资和运行费用等方面各具优势，表1为副立井提升设备电气传动方案技术经济比较表。

通过综合技术经济比较，直流传动方案具有调速性能好，过载能力强等优点，针对传动系统功率因数低，谐波污染大，通过配置谐波吸收和无功补偿装置，提高电网功率因数，降低变流设备谐波影响，系统整体造价低，年运行费用少，性价比高，因此设计采用直流传动方案。

4 结语

大柳煤矿副立井提升设备2010年安装调试完毕，至今运行状况良好，各项指标均已达到设计预期目标。就本项目而言，直流传动方案的合理确定，直接节省初期投资约630～790万元，年运行费用降低约11～36万元，对降低矿井建设投资起到了积极作用，同时也为类似工程设计提供了借鉴，具有一定的参考价值。

参考文献

[1] 孙鹤旭，迟岩，杨勇.同步机矿井提升系统的技术特点分析[J].煤炭学报，1993（2）.

[2] 任雪振，王守全.矿井提升机直流传动系统的全数字化技术改造[J].矿山机械，2000（9）.

[3] 刘正魁，关恒祝.现代大功率矿井提升传动系统的应用与思考[J].矿业工程，2013（2）.

[4] 王玉梅，艾永乐，王娜.矿井提升机动态无功补偿方案的研究[J].工矿自动化，2009（6）.

[5] 刘善勇，陈培国，陈怀卫.大型提升机变频调速控制技术应用[J].山东煤炭科技，2010（6）.

[6] 张晓平.矿井提升机电力拖动方案探讨[J].数字技术与应用，2010（10）.

[7] 张纯全.矿井提升机拖动方式确定原则的探讨[J].矿山机械，2005（6）.endprint

摘 要：大型矿井提升设备电气传动方式主要有直流、交-交变频和交-直-交变频三种。本文结合设计实例，在满足提升工艺要求的前提下，通过综合技术经济比较，合理确定方案，降低了初期投资，减少了后期维护费用。

关键词：副立井 电气传动 直流 交直交 变频 技术经济

中图分类号：TD663 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0112-02

1 项目概况

大柳煤矿设计生产能力2.4 Mt/a，服务年限54.4 a。井田采用立井开拓方式，井下布置2个综采工作面、2个综掘工作面和2个普掘工作面。

副立井装备1台JKMD-4.5×4（Ⅲ）型落地式多绳摩擦提升机，提升容器为1个四绳宽罐笼+1个四绳窄罐笼，担负矿井人员、水泥、砂石、材料及设备提升任务。副立井井筒直径φ7.0 m，井口轨面标高+1276.8 m，井底车场轨面标高+730.0 m，提升高度546.8 m，单水平提升。提升机按五阶段速度图进行作业，加减速度0.6 m/s2，最大提升速度8.01 m/s，最大提升载荷29 t（含平板车），计算最大静张力差145.199 kN，单机直联拖动，计算电动机功率1600 kW。

2 电气传动方案

根据副立井提升工艺要求及电动机功率，可供选择的电气传动方式主要有直流、交-交变频和交-直-交变频三种。

直流调速具有调速控制简单、调速性能好、负载能力强、价格低、使用成本低、售后服务方便等优点。目前，国内设备制造厂家及产品使用单位已掌握直流传动技术，生产制造和现场维护经验较为丰富，因此在中小功率（<3000 kW）的提升机传动中应用较为广泛。但直流电动机存在结构复杂、碳刷维护维护工作量较大；为改善换向能力，要求电枢漏感小、转子短粗，导致转动惯量大，影响系统动态性能；除励磁外，全部功率都通过换向器输入电枢，电动机效率较低；谐波污染大，功率因数低等缺点。

交流同步变频电动机不存在上述缺点，其结构简单、转动惯量小、可靠性高、维护量小、过载能力大，气隙大便于安装调试，效率比直流电机高6%～10%，调速性能优良。随着大功率电力电子技术的发展，交流调速系统已能达到直流传动的水平。

交-交变频矢量控制传动在矿井提升机低速、大扭矩工况下，低频段无脉动，受控运行性能好，在提升过程中，可实现无制动运行，大大降低对液压制动系统的要求，系统运行的可靠性高。但交-交变频传动系统功率因数较低，在起动、运行中将会产生较大的高次谐波，对矿井电网造成污染，电动机的频繁起动也将对电网会造成较大的无功冲击，必须对此进行谐波治理和无功补偿。目前，交-交变频传动系统的功率柜已实现国产化，仅控制器需引进。

交-直-交变频矢量控制传动系统，采用新型电力电子器件（IGCT）和PWM技术，动态响应快，功率因数接近于1，高次谐波分量很小，无需专门设置谐波吸收和无功补偿装置，但交-直-交变频传动控制系统国内生产厂家较少，主要核心设备（变频器）及备件需进口，设备初期投资高。此外，变频设备需要水冷，日常维护费用高。目前，国内煤矿已引进了ABB、Siemens公司交-直-交变频传动系统上百套，运行良好。国内徐州中矿大传动与自动化有限公司、北京利德华福电气技术有限公司、北京合康亿盛科技有限公司相继推出相关成套产品，价格低于同类进口设备。

3 技术经济比较

直流、交-交变频和交-直-交变频三种电气传动方式均可满足副立井提升工艺要求，但在技术性能、调试维护、初期投资和运行费用等方面各具优势，表1为副立井提升设备电气传动方案技术经济比较表。

通过综合技术经济比较，直流传动方案具有调速性能好，过载能力强等优点，针对传动系统功率因数低，谐波污染大，通过配置谐波吸收和无功补偿装置，提高电网功率因数，降低变流设备谐波影响，系统整体造价低，年运行费用少，性价比高，因此设计采用直流传动方案。

4 结语

大柳煤矿副立井提升设备2010年安装调试完毕，至今运行状况良好，各项指标均已达到设计预期目标。就本项目而言，直流传动方案的合理确定，直接节省初期投资约630～790万元，年运行费用降低约11～36万元，对降低矿井建设投资起到了积极作用，同时也为类似工程设计提供了借鉴，具有一定的参考价值。

参考文献

[1] 孙鹤旭，迟岩，杨勇.同步机矿井提升系统的技术特点分析[J].煤炭学报，1993（2）.

[2] 任雪振，王守全.矿井提升机直流传动系统的全数字化技术改造[J].矿山机械，2000（9）.

[3] 刘正魁，关恒祝.现代大功率矿井提升传动系统的应用与思考[J].矿业工程，2013（2）.

[4] 王玉梅，艾永乐，王娜.矿井提升机动态无功补偿方案的研究[J].工矿自动化，2009（6）.

[5] 刘善勇，陈培国，陈怀卫.大型提升机变频调速控制技术应用[J].山东煤炭科技，2010（6）.

[6] 张晓平.矿井提升机电力拖动方案探讨[J].数字技术与应用，2010（10）.

[7] 张纯全.矿井提升机拖动方式确定原则的探讨[J].矿山机械，2005（6）.endprint

摘 要：大型矿井提升设备电气传动方式主要有直流、交-交变频和交-直-交变频三种。本文结合设计实例，在满足提升工艺要求的前提下，通过综合技术经济比较，合理确定方案，降低了初期投资，减少了后期维护费用。

关键词：副立井 电气传动 直流 交直交 变频 技术经济

中图分类号：TD663 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0112-02

1 项目概况

大柳煤矿设计生产能力2.4 Mt/a，服务年限54.4 a。井田采用立井开拓方式，井下布置2个综采工作面、2个综掘工作面和2个普掘工作面。

副立井装备1台JKMD-4.5×4（Ⅲ）型落地式多绳摩擦提升机，提升容器为1个四绳宽罐笼+1个四绳窄罐笼，担负矿井人员、水泥、砂石、材料及设备提升任务。副立井井筒直径φ7.0 m，井口轨面标高+1276.8 m，井底车场轨面标高+730.0 m，提升高度546.8 m，单水平提升。提升机按五阶段速度图进行作业，加减速度0.6 m/s2，最大提升速度8.01 m/s，最大提升载荷29 t（含平板车），计算最大静张力差145.199 kN，单机直联拖动，计算电动机功率1600 kW。

2 电气传动方案

根据副立井提升工艺要求及电动机功率，可供选择的电气传动方式主要有直流、交-交变频和交-直-交变频三种。

直流调速具有调速控制简单、调速性能好、负载能力强、价格低、使用成本低、售后服务方便等优点。目前，国内设备制造厂家及产品使用单位已掌握直流传动技术，生产制造和现场维护经验较为丰富，因此在中小功率（<3000 kW）的提升机传动中应用较为广泛。但直流电动机存在结构复杂、碳刷维护维护工作量较大；为改善换向能力，要求电枢漏感小、转子短粗，导致转动惯量大，影响系统动态性能；除励磁外，全部功率都通过换向器输入电枢，电动机效率较低；谐波污染大，功率因数低等缺点。

交流同步变频电动机不存在上述缺点，其结构简单、转动惯量小、可靠性高、维护量小、过载能力大，气隙大便于安装调试，效率比直流电机高6%～10%，调速性能优良。随着大功率电力电子技术的发展，交流调速系统已能达到直流传动的水平。

交-交变频矢量控制传动在矿井提升机低速、大扭矩工况下，低频段无脉动，受控运行性能好，在提升过程中，可实现无制动运行，大大降低对液压制动系统的要求，系统运行的可靠性高。但交-交变频传动系统功率因数较低，在起动、运行中将会产生较大的高次谐波，对矿井电网造成污染，电动机的频繁起动也将对电网会造成较大的无功冲击，必须对此进行谐波治理和无功补偿。目前，交-交变频传动系统的功率柜已实现国产化，仅控制器需引进。

交-直-交变频矢量控制传动系统，采用新型电力电子器件（IGCT）和PWM技术，动态响应快，功率因数接近于1，高次谐波分量很小，无需专门设置谐波吸收和无功补偿装置，但交-直-交变频传动控制系统国内生产厂家较少，主要核心设备（变频器）及备件需进口，设备初期投资高。此外，变频设备需要水冷，日常维护费用高。目前，国内煤矿已引进了ABB、Siemens公司交-直-交变频传动系统上百套，运行良好。国内徐州中矿大传动与自动化有限公司、北京利德华福电气技术有限公司、北京合康亿盛科技有限公司相继推出相关成套产品，价格低于同类进口设备。

3 技术经济比较

直流、交-交变频和交-直-交变频三种电气传动方式均可满足副立井提升工艺要求，但在技术性能、调试维护、初期投资和运行费用等方面各具优势，表1为副立井提升设备电气传动方案技术经济比较表。

通过综合技术经济比较，直流传动方案具有调速性能好，过载能力强等优点，针对传动系统功率因数低，谐波污染大，通过配置谐波吸收和无功补偿装置，提高电网功率因数，降低变流设备谐波影响，系统整体造价低，年运行费用少，性价比高，因此设计采用直流传动方案。

4 结语

大柳煤矿副立井提升设备2010年安装调试完毕，至今运行状况良好，各项指标均已达到设计预期目标。就本项目而言，直流传动方案的合理确定，直接节省初期投资约630～790万元，年运行费用降低约11～36万元，对降低矿井建设投资起到了积极作用，同时也为类似工程设计提供了借鉴，具有一定的参考价值。

参考文献

[1] 孙鹤旭，迟岩，杨勇.同步机矿井提升系统的技术特点分析[J].煤炭学报，1993（2）.

[2] 任雪振，王守全.矿井提升机直流传动系统的全数字化技术改造[J].矿山机械，2000（9）.

[3] 刘正魁，关恒祝.现代大功率矿井提升传动系统的应用与思考[J].矿业工程，2013（2）.

[4] 王玉梅，艾永乐，王娜.矿井提升机动态无功补偿方案的研究[J].工矿自动化，2009（6）.

[5] 刘善勇，陈培国，陈怀卫.大型提升机变频调速控制技术应用[J].山东煤炭科技，2010（6）.

[6] 张晓平.矿井提升机电力拖动方案探讨[J].数字技术与应用，2010（10）.

[7] 张纯全.矿井提升机拖动方式确定原则的探讨[J].矿山机械，2005（6）.endprint