提升机变频调速程序改进实践

杨建生

（大竹县堡子矿业有限责任公司）

采用PLC 控制的电阻调速提升机电控装置在启动、换挡时会产生较大的冲击电流，自动化程度较低，在减速与低速爬行过程中主要依靠工作闸来控制，对闸瓦的磨损比较严重，需要经常更换，可靠性和安全性差；且电阻系统在运行中易发热，造成安全隐患。堡子矿虽不属于大型新建矿井，但为减少隔爆电阻箱在使用过程中的故障率和安全隐患，提高主暗斜井提升运输安全性，决定对主暗斜井提升机调速装置进行技改［1］。

1 工程概况

+250 m水平2JTB1.6×0.9-24型矿用隔爆型提升机于2004 年2 月正式投入使用，电控调速系统采用电动机转子串DZB-660 型矿用隔爆型电阻箱，配TJJ-2/660矿用隔爆型绞车控制台进行控制。根据国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局发布的《禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录（第三批）》：使用继电器结构原理的提升机电控装置在发布之日起2 a 后禁止使用。堡子矿2012 年对该提升机电控技改时，考虑到当时矿用隔爆型变频器调速装置技术尚不太成熟、故障率和维修费用较高以及自身维修技术水平有限等因素，暂将电控系统改为了PLC 电控调速控制装置，但预留了后期技改变频调速装置的相关接口，调速方式依旧是电动机转子串DZB-660 型矿用隔爆型电阻箱。提升机存在启动和换挡时冲击电流较大、调速过程不平滑、系统运行不平稳、隔爆型电阻箱故障率较高、电阻运行时易发热、硐室温度较高、闸瓦磨损较严重和可靠性较差等缺点，已不符合行业相关规定要求［2-3］。

2 改造方案

在选用变频器时，通常根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的最大电流值来选择变频器，再确定变频器容量和输出电流是否满足电动机运行条件。变频器过载容量通常多为125%/60 s 或150%/60 s，需要超过此值的过载容量时，必须增大变频器的容量［4］。主暗斜井提升机型号为2JTB-1.6×0.9/24、电机型号为YBR0355S-6、电机功率为110 kW、电压等级为660/380 V、额定电流为115/199A。在额定电压为660 V 全负荷运行时，最大电流约为160 A，选择1 台BPB-200/660K 型矿用隔爆型交流变频器可满足需求。结合主暗斜井提升机目前正在使用的电控装置实际情况，提出了3个技改方案。

（1）电控装置全套更换。更换1套全新的提升机用隔爆型变频调速电控控制装置，包括隔爆型交流变频器、滤波器电抗器、PLC可编程控制箱、本安操作台等。变频调速装置具有过卷和过放保护、超速保护、过负荷和欠电压保护、限速保护、提升容器位置指示保护、闸瓦间隙保护、松绳保护、减速功能保护、错向运行保护等安全保护程序。过卷保护、超速保护、限速保护和减速功能保护设置为相互独立的双线型式［1］。全套设备购置费用约20万元。

（2）替换原电控厂变频器。利用现已预留有变频器接口的PLC 可编程控制箱和本安操作台，在原厂家购置与其配套的隔爆型交流变频器和滤波器电抗器，由原电控厂家技术人员负责安装、调试变频调速电控装置，并与现有的PLC 电控调速设备进行技术对接，达到变频调速控制目的。由于需要对现有PLC 电控调速设备的部分程序修改、线路对接，经多次与原厂家沟通协调，设备购置费用和技术服务费用总报价依旧高出于同类厂商价格约2～3万元，且原厂家在本市及周边区域销售、使用的变频器较少，没有售后服务站点。

（3）购置同类型变频器。目前34 采区提升机安装的1套隔爆型变频器调速控制装置使用效果较好，且该厂家在本市及周边类似提升机隔爆型变频调速控制装置使用较多，设有专门的售后服务网点。与该厂家协商，本安操作台和PLC 可编程控制箱使用现有设备，只购置隔爆型交流变频器和滤波器电抗器，其设备购置费用和技术服务费用总报价与同型厂商无太大区别。但该厂家为避免电控系统出现故障后，难以分清是原PLC 电控装置故障还是变频器电控装置故障，建议更换整套PLC 电控加变频调速电控装置。经多次协商，依旧使用现有的本安操作台和PLC 电控柜，仅购置隔爆型交流变频器和滤波电抗器，并预留后期技改自动化、信息化相关接口。

综合上述3种方案的利弊，购置全套隔爆型变频器调速控制装置费用较高，但技改后售后服务有保障。使用原本安操作台和PLC 电控，只购置变频器和滤波器费用较低，但不管使用任何厂家的变频调速装置，均需要对原PLC 电控装置程序进行重新编程，部分控制线路进行重新调整。综合考虑设备维护便利程度、技改费用和对矿井正常生产的影响程度等，决定选择第三方案。

3 变频器程序改进

技改后的隔爆型变频调速装置在调试和运行过程中，存在串车组多次无法自动摘钩，导致未摘脱钩的串车组连同钢丝绳一起撞上钢丝绳托绳装置。提升机起车时低速运行阶段松绳保护程序经常动作，导致变频器频繁启停等问题。为此，决定对隔爆型变频调速装置部分控制程序进行改进，并结合34 采区隔爆型交流变频器调速控制装置使用情况，对主暗斜井提升机电源电压进行调整。

3.1 增加过压减速制动停车保护

查阅变频器相关资料，其额定运行电压为660 V±5%，极值电压不能超过660 V±10%，超过其极值上限电压时，就有可能造成变频器IGBT 模块损坏的危险［2］。为此，技改隔爆型变频调速装置的同时对主暗斜井提升机供电电源电压进行了调整，并在变频器运行程序中，增加了过电压减速制动停车保护，以避免电压过高，造成变频器IGBT 模块和其他元器件烧坏的问题，导致运行中的提升机蹬绳、溜车、掉道、跑车等安全事故。在《煤矿安全规程》提升装置十大安全保护规定中，对过负荷和欠电压保护做出了规定，但未对过电压做出明确规定，随着PLC、变频器等电气设备在煤矿机电设备中使用越来越多，尤其是变频器调速的提升机，应明确规定提升机供电系统和电控装置均必须具有过电压保护，避免电器（子）元件因过电压烧坏，发生提升运输安全事故。

3.2 修改减速频率实现自动摘钩

由于变频器出厂配置的自动减速程序，串车组运行到自动减速设置位置时，运行频率自动减至20 Hz，无论司机如何操作，自动减速后的频率也无法超过20 Hz，其运行速度最高约1.2 m/s，达不到串车组自动摘钩所需的运行速度，调试时多次出现了不能自动摘钩现象。为此，对该段位置串车组运行速度和变频器运行频率多次调整试验，确定将变频器自动减速频率修改为25 Hz，运行速度提高到约1.8 m/s，这样既保证了串车组能自动摘钩，又符合了保证提升容器或者平衡锤达到终端位置时的速度不超过2 m/s 的规定［1］。

3.3 松绳保护增加自动减频功能

变频器出厂配置的松绳保护为接入安全回路，在实际运行过程中，由于提升机司机操作和上车场无极绳推车机运行速度很难保持不一致，极易出现提升机初始运行阶段因速度稍微过快而出现松绳保护动作，造成变频器频繁启停，增加变频器故障，缩短变频器的使用寿命。根据《煤矿安全规程》中相关要求，缠绕式提升机应当设置松绳保护装置并接入安全回路或报警回路［1］。在符合《煤矿安全规程》的前提条件下，为使提升机运行更加平稳，将松绳保护程序改为变频调速装置报警回路，并增加了自动减频程序。当提升机运行出现松绳时，变频器运行频率自动减至5 Hz，操作台显示屏上出现松绳保护故障，蜂鸣器发出报警铃声，提示绞车司机控制好运行速度或短暂制动，待松绳故障消失后，变频器运行频率恢复正常，提升机司机方可继续正常操作。

4 实施效果

4.1 运行控制平稳

提升机实现了无级变速四象限运行、软启动、软停车、零速满转矩，减少机械冲击，使串车组运行更加平稳可靠，减少对电网的冲击、简化操作、降低工人的强度。运行速度曲线成S 形，加减速平滑，无撞击感，在控制供电质量方面发挥着重要的作用［5］。实现了对调速系统行程速度给定的控制，自动减速保护，停车时自动抱闸停车。主控PLC 能完成手动、自动、紧急制动等运行方式的控制要求。

4.2 节能效果明显

通过将变频器应用于矿井提升机控制系统中，能够对提升机的运行位置以及运行速度进行准确控制［5］。根据主暗斜井上车场停车点至边坡点约20 m、斜巷长度约240 m、下车场停车点至落平边坡点约5 m，设置上、下车场段低速区长度分别为30～50 m。启动和制动低速运行距离在50～80 m，其低速段占30%左右，综合节能在25%左右［6］。不仅节能效果明显，而且降低原隔爆型电阻箱能耗制动设备运行时产生的温度，改善了作业人员工作环境。

4.3 安全性能提高

变频调速电控系统运行的稳定性和安全性得到极大提高，减少了提升机电控运行故障率和停工影响时间，节省维修人力和维修材料，提高运输能力，间接提高了矿井经济效益。技改的变频调速不仅具有的过压、欠压、过载、短路等多种保护功能外，还具有开机连锁保护、自动减速、限速保护，完全适用提升机要求的力矩大、频繁启停、频繁加减速及四象限运行等运行特点。

5 结语

主暗斜井提升机技改变频调速电控装置充分利用了原有设备，减少了设备技改费用，符合了行业相关规定要求。在符合《煤矿安全规程》前提条件下，提出了变频调试的提升机应具有过电压减速制动停车保护功能，根据主暗斜井提升运输各环节运行实际情况，对技改后的提升机变频器原理进行了深度剖析后，对变频器和PLC 程序进行了部分改进，使变频调速控制装置最大限度地适应了主暗斜井提升运输各环节。进一步增加主暗斜井提升运输系统的稳定性和安全性，杜绝了原提升机电阻调速电控设备故障，影响矿井正常生产时间，并最大限度地节约了主暗斜井提升运输电力成本，降低了硐室温度、改善了硐室工作环境。同时，本次技改为矿井数字化建设奠定了基础。