童亭煤矿主井改造特色分析

【摘要】童亭煤矿原主井提升系统采用JKMD2.8×4型落地摩擦式提升机，配用YR800-12/1430型，2×800kw交流异步电机，采用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统。通过引进矢量变频器进行改造，在主井的投运以来，从实际运行效果来看，变频器在加速段与减速段中，与传统的工频相比，有着巨大的优势。

【关键词】主井提升；矢量变频器；改造；特色

1、绪论

童亭煤矿原主井提升系统采用JKMD2.8×4型落地摩擦式提升机，配用YR800-12/1430型，2×800kw交流异步电机，采用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统（由交流提升电控系统和三电平中压低频换向装置两部分组成）。

通过引进矢量变频器进行改造，在主井的投运以来，从实际运行效果来看，变频器在加速段与减速段中，与传统的工频相比，有着巨大的优势。工频运行中，加速与减速缺少完整的反馈调节系统，受负荷影响大，负荷判断靠编程计算完成，精度系数低，同时高低压切换造成速度曲线的非线性可控，从而产生瞬间加速度过大。根据多年来的数据统计，加速时的平均加速度为1.9m/s2；减速时，平均加速度为0.78m/s2。改用变频后，加减速依靠变频器本体的闭环控制运算来实现，达到加减速平稳和无极调速的特点。具计算和统计，加速段的平均加速度为0.65m/s2，减速段的平均加速度为0.61m/s2。无极变速的平稳，减少了机械磨损，延长了设备的使用寿命。

2、特色分析

2.1、节约用电。变频器在主井投运已有半年时间，其节能效果显著。对比原工频时，平均提升一勾消耗电度量为61.7204度。投入变频系统后，平均提升一勾消耗电度量为57.037度。单勾节省电度量4.6834，是原來提升电量的9%。按照日提升勾数平均500勾来看，每日可节约电量2341度。又依照平均电价0.6元/度，每日可节约1404.6元。每年可节约电费约45万。

2.2、系统对电网的污染非常小。同步电机和整流器的功率因数都为1，减少了对变压器的功率需求，仅需要采用交交变频器时的50%。采用MV100的提升机系统产生的谐波很小，不需要另加谐波滤波器及无功率补偿装置。

2.3、大功率开关器件IGBT具有快速的开关特性，因此在直流回路不再需要像交交变频器那样的直流断路器。

2.4、采用高压大功率IGBT作为主开关器件。IGBT综合了高频开关、高阻断电压和低导通耗损等特性，因此提供了效率更高、可靠性更好的变频器。

2.5、矢量控制在MVA级的传动产品中提供了高级别的转矩和速度的性能。优良的过程控制，精确的电机控制性能，最小的的扭矩扰动和电机磨损。其转矩控制性能更好。

2.6、采用高性能中压变频装置。童亭煤矿提升机系统跨越直流电机配直流调速系统的模式用低速直连交流同步电机和MV100交直交中压变频装置（采用全数字矢量控制，基于IGBT三电平拓扑结构，功率单元模块化设计），取代传统的交流串电阻和直流调速系统，不仅调速性能优良，而且具有谐波污染少、全功率段功率因数均为1，节能环保效果好。

2.7、双驱动全冗余并联结构，解决了交直交传动系统单输出无法冗余运行的缺点。

1）完全冗余的工作方式：童亭煤矿在国际上首次采用主回路并联、全载全速双输出交直交中压变频传动系统。电机为双绕组低速直连同步电机，正常工作时，两台变频器同时工作，每台供给相应电机绕组，负载均分。当一台变频器故障时，通过切换开关将电机双绕组并联，由另一台变频器单独供电，实现电机的全载全速运行。当单个变频器或变压器出现问题时，电控系统仍能实现电机的全载全速运行，大大提高了系统的可靠性和冗余性。

2）完全冗余的拓扑结构：MV100传动系统拥有两套完全独立的冗余变频装置。当一套装置故障时，通过断开其主回路进线开关和闭合其输出接地开关，使装置完全脱电，在另一套装置工作的情况下，对其进行维修工作，避免了设备停机，提高了系统应急性和工作效率。

3）完全冗余的控制单元：正常工作时，两套控制单元互为主从，通过光纤通信，分管两套传动单元的控制，并通过双DI、DO接口相互验证数据，保证系统的可靠运行。当一套控制单元故障时，另一套转换为主控单元，实现对整个传动系统的完全控制，确保系统仍能正常工作。

4）具有双励磁全冗余结构。

2.8、具有丰富的通信接口，支持串口、以太网、DP等通用通信协议，方便与外围设备如PLC等交换数据，使系统控制逻辑更加简单清晰。同时，控制单元还具备远程诊断功能，维护人员可通过互联网直接访问传动单元，使故障处理更为即时方便，提高系统的易用性。

2.9、MV100传动系统还本身具有上位机功能，人机界面友好，通过触摸屏可直接在门板上显示系统的当前运行状态，察看电压、电流、频率等波形，并具有报警汇总功能，减少了故障排查时间，方便维护。

2.10、水冷系统的交流同步电机

国内首台矿山行业提升机用交流调速同步电动机，突破以往提升机用电机使用的转子无轴、分块底架、电机主出线为底部出线，以及底部管道通风的传统结构形式，采用转子带轴及高、低压轴承、整块底架、电机主出线为侧部出线、冷却方式为自带风机的空-水冷却器等一系列创新结构形式。同时，电机定子绝缘采用国内最高水平的少胶绝缘，在保证电机各项性能要求的前提下，使电机体积达到最小。电机采用空-水冷却器达到充分降低电机温度，增加电机绝缘使用寿命，延长电机使用时间的效果。同时改善以往管道通风冷却，电机内部容易积灰造成吸进湿气成绝缘电阻低的弱点。并且，电机根据现场特殊情况，采用转子带轴的方式与绞车联接，承载转子的轴承采用高、低压轴承，保证轴瓦的使用寿命。

同时PLC实时监控电机温度、电机水冷漏水检测等信号，保证了电机水冷系统的可靠运行。

2.11、防雷光电隔离

童亭煤矿在天轮编码器到PLC模块间加装了光纤隔离装置。天轮编码器的供电及信号输入全部经过光纤转换器连接至PLC模块，实现了天轮编码器与电控系统的电气隔离。完全避免了因雷击引起的浪涌电压造成的PLC损坏，大大提高了电控系统的安全系数，保障了系统及人员的安全运行。

参考文献

[1]常美生.《高压电技术》.中国电力出版社，2007

[2]洪晓华主编.《矿井运输提升》.中国矿业大学出版社，2005

[3]陈家斌主编.《变电运行与管理技术》.北京：中国电力出版社，2004

作者简介

袁永昌，27岁，2010年毕业于安徽理工大学机械设计制造及自动化专业，现为淮北矿业集团童亭煤矿机电科，机电助理工程师。