关于煤矿主井提升系统升级改造的研究与应用

孙忠亮

摘 要：主井提升机不仅是矿井的关键，还是重大安全设备之一，用来提升矿物，相当于矿井系统设备的咽喉。在生产过程当中，占据的地位非常重要，矿井的正常安全生产和生产效率跟它息息相关，矿用生产是不分白昼的连续作业，即使是短时间的停机维修，也会给生产带来很大损失。所以，设备的安全可靠运行就突出重要。

关键词：提升机；生产能力；提高效率

中图分类号： TD633 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-184-2

0 引言

河北尧安矿业有限公司丰达煤矿设计生产能力60万吨/年，主井立井提升，担负全矿井煤炭提升任务，提升高度435m。提升机型号2JK-2.5/20E，配用电机型号YR450-8，额定电压6kV；减速机型号ZZL710，速比20 ；最大提升速度4.78m/s，装备一对4吨标准箕斗。主立井因实际提升能力不能满足60万t/a，因此对主井提升系统进行改造，改造后满足设计产能力为60万吨/年。

1 改造说明

1.1 改造原因

在改造之前，原系统为交流异步电动机转子串电阻调速系统，通过切除转子电阻进行调速，此种电控系统存在很多的不足之处：

①依靠档位调节速度，调速不连续，运行中机械振动大，制动不安全。

②启动及换档时冲击电流大。

③调速时大量的电能消耗在电阻上，不但浪费严重，也造成工作环境的恶劣。

④系统结构复杂，维修量大。

⑤耽误生产。矿井是连续24小时工作，生产量大，任务繁重，由于电控系统落后，即使是短时间的维修，也会给生产带来损失。

1.2 改造后优越性

交流变频技术发展得越来越成熟，变频调速性能的优越性渐渐提升。

越来越多的交流矿井提升机开始采用以变频器为核心的调速系统，彻底淘汰了沿袭几十年的交流绞车转子串电阻分级调速的模式，使提升机达到平稳、安全、可靠的运行状态。严重的避免了机械磨损，较大的防止了机械冲击，减少机械部分维修的工作量，使提升机械的使用寿命明显延长。采用变频控制的提升机，基本可以获得与直流电机相同的调速和制动性能。

为此，通过详细技术论证与调研，结合本矿具体情况，对主井提升机采用转子变频技术改造。转子变频调速说的是将成熟的低压变频技术应用于高压电机调速，是一项最新科技成果，其不仅融和了当代最先进电力电子技术、交流调速技术还融合了微机控制技术，尤其是其独有的以转子控制定子和以低压控制高压技术，具有其他调速方案不可替代的优越性。

转子变频的优点：

①可以用低压变频器来控制高压电动机的转速。

②所需逆变器的容量较小，通过转差功率回馈至电网（或电动机），做到大大节约电能。

③原理结构简单明了，使用的低压IGBT的数量远远少于高压定子侧变频装置的中压IGBT，更不需要配置大容量电抗器，大大降低了故障率。

④普通串级调速与之相比，不仅功率因数较高，而且谐波较小。

⑤配以制动单元及制动电阻，实现提升机四象限运行。

⑥具有闭环矢量控制。

⑦可调斜率的加减速度给定值设定。

⑧启动防冲击的“S”化曲线给定。

⑨预置起动力矩，防止起动时容器倒转。

⑩保护功能：有过流、过压、欠压、过速、堵转、绝缘检测等几十种。

2 改造内容

2.1 更换提升主电机、减速机

原主电机型号：YR450-8

参数：功率 480kW 定子电压 6kV 定子电流 52A

转子电压 689V 转子电流 360A 转速 735rpm

新主电机型号：YR500-8

参数：功率 500kW 定子电压 6kV 定子电流 52A

转子电压775V 转子电流 400A 转速 735rpm

原减速机型号：ZZL710 速比20

新减速机型号：ZZDP710I 速比20

2.2 安装变频电控系统一套

原提升电控系统为高压串电阻调速系统，改造新增加转子变频调速系统一套，与原电控系统可进行切换使用。改造后正常运行使用转子变频电控系统，遇有变频系统出现故障，可切换至原串电阻系统临时运行，确保不影响煤矿的正常生产。对提升电控的控制系统部分进行改造，增加由PLC控制变频系统正常运行的各类输入输出接口，并实现两套电控系统之间的切换及闭锁功能，让变频调速系统与原调速系统并存，互为备用，随时可以切换，确保提升机电控系统具备可靠性、经济性、精确性、兼容性、高效性等功能特点。

改造后保留串电阻电控系统，新增一套转子变频设备，正常使用采用变频设备，变频故障时，可切换到串电阻系统，然后对变频系统进行维护。变频设备具体配置如下：

①在操作台增加一套型号为FX2N-32MR的PLC，并配以必须的模块，使设备满足国家要求的双线制标准。对原有控制系统进行升级，重新编写PLC控制程序，完善安全保护系统。

②增加一套变频系统配置。

切换柜：用于串电阻设备和变频设备直接高压端和电阻端的切换。

整流变压器：增加一台主整流变压器，用于给变频器主回路供电使用。

自耦变压器：用于变频器输出到电机端的滤波并抬高电压，使之符合电机额定要求。

变频器：采用压频比转子变频技术，驱动电机正常使用。

2.3 安装信号自动装卸载一套

改造前与改造后提升机技术特征对比见表1。

表1 改造前与改造后提升机对比表

■

3 主井提升设备改造后校验

主要设计依据：

提升能力 60万t/a

提升高度 435m

箕斗型号 一对4吨标准箕斗

箕斗质量 3171kg

箕斗载重 4000kg

结论：经验算在工作状态，结构承载力、井架整体稳定性满足安全要求，应该增强分肢，使用时严禁超载。

4 改造后效果

4.1 增加了整个电控系统的安全性，以及系统运行的连续性

为满足安全生产，系统改造保留了原有的串电阻电控系统，让变频调速系统与原调速系统并存，互为备用，随时可以切换，在变频系统出现不可短时恢复的故障时，可马上切换到串电阻系统运行继续提升，不影响生产，待故障排除完成后再切换回变频系统正常运行。

4.2 实现节能效果

原串电阻系统调速方式，是利用控制器对串入转子回路中不同阻值的电阻进行组合，达到调速目的，缺陷明显，主要反映效率非常低，它以增加转差功率的消耗来换取转速的降低。转速越慢，效率越低，大部分功率被转换成热能而消耗掉。采用变频调速控制则很好地解决这个问题。变频调速是通过改变定子供电频率来达到电机调速的目的，无论转速高低，其机械特性基本上与自然机械特性平行，所消耗的转差功率都基本不变，因此效率很高，有着明显的节电效果，且调速的平稳性大大提高。在节能、减少维修等方面取得了明显的经济效益。

5 总结

通过这次主井提升机改造工程，增加了主井的提升机的提升能力，并且将提升机电控更换为更先进的变频提升技术，全能够符合国家关于提升电控的要求，而且达到了节能高效的效果，使提升系统更为安全、可靠、高效。