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高压提升机变频器在神华集团煤矿中的应用

2017年06月15日 13:41:10 中国传动网

1、用户情况

乌海能源有限责任公司隶属于神华集团,成立于2008年,是一个集焦煤生产、洗选、焦化、煤化工及矸石发电为一体的多元化新型能源企业,也是目前内蒙古最大的焦煤生产基地。

利民煤焦公司座落在鄂尔多斯高原、鄂托克草原边陲的棋盘井镇。拥有设计年生产能力为60万吨的矿井、240万吨洗煤厂、60万吨焦化厂以及2×6MW焦炉煤气发电厂各一座。煤矿资源储量为11061万吨,可采储量为6212万吨,利民煤矿坚持以科学发展观为指导,大力实施“科技兴矿”发展战略,通过加快生产布局调整、实施科技自主创新、加大安全基础投入、着力打造“生态型矿山、花园式企业”。

在矿井的各动力设备中,提升机系统是最为重要、耗能最大的设备。提升机运行的可靠性直接影响矿井的产能,直接关系到矿井的安全生产水平。长期以来,矿用提升机普遍使用绕线式异步电机转子串电阻的方法进行调速控制,该方法成本较低,转矩脉动大,电机电流大,能耗高,控制电路复杂,接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏,直接影响到企业产能和安全生产水平。随着国内变频器技术的逐渐成熟,越来越多的煤矿开始采用变频器作为矿用提升绞车的控制设备,经过利民煤矿领导的考察,反复对比,决定采用新风光电子科技股份有限公司的生产的风光牌JD-BP38-500T型高压变频器拖动矿用主井绞车。拖动电机参数表1所示,提升机现场如图1所示,

表1绞车三相异步电动机:

功率

额定电压

额定电流

功率因数

额定转速

450kW

10000V

32.5A

0.86

985r/min

图1提升机现场图

2、风光高压提升机变频调速器介绍

此次变频改造选用1台JD-BP38-500T型高压变频器,额定电压10kV,额定电流36A,额定功率500kW。

JD-BP38-T系列高压变频器是新风光电子科技股份有限公司生产的提升机高压变频调速系统,该产品被列为国家火炬计划项目,荣获国家重点新产品、山东省科技进步奖,被列入国家重点节能技术推广目录名单,获科技部中小企业技术创新基金项目资助。该系统以高速DSP(TMS320F2812)为控制核心,结合先进的无速度传感器矢量控制技术,融合了先进的能量回馈技术,以及可靠的lGBT大电流驱动技术,是新一代高性能完美无谐波高压变频调速产品的典型代表。矢量控制功能使得异步电机启动转矩大,动态转矩响应好,调速精度高。能量回馈技术的应用,使得功率单元串联型高压变频器具备了四象限运行能力,能量可以在电网和电机之间双向流动。

矢量控制技术原理如图2所示。

图2矢量控制技术原理框图

风光牌高压提升机变频器,即可用于鼠笼式电机也可用于绕线式电机,即可用于新矿井配套安装,也可用于老矿井改造。风光10kV高压提升变频器,采用若干个低压逆变器功率单元串联的方式实现直接高压输出,所用的10kV高压提升变频器,变压器有24组付边绕组,每相分为8个功率单元,三相共24个单元,采用48脉冲整流,输入端的谐波成分远低于国标规定。

JD-BP38-T系列提升机高压变频器采用单元串联多电平的拓扑结构,由旁路柜、变压器柜、功率柜和控制柜组成,高压提升变频器系统结构如图3所示。功率单元电路如图4所示。

图3高压提升变频器系统结构图

图4功率单元电路结构

控制器核心由高速32位芯片运算来实现,精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。人机界面提供友好的全中文监控和操作界面,同时可以实现远程监控和网络化控制。PLC控制器用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现场各种操作信号和状态信号的协调,增强了系统的灵活性。控制器及各控制单元板中采用先进的单片机等大规模集成电路和表面焊接技术,系统具有极高的可靠性。此外还有一个CPU,负责管理LED显示屏和键盘。

另外,控制器与功率单元之间采用多通道光纤通讯技术,低压部分和高压部分完全可靠隔离,系统具有极高的安全性,同时具有很好的抗电磁干扰性能,并且各个功率单元的控制电源采用一个独立于高压系统的统一控制器,方便调试、维修、现场培训,增强了系统的可靠性。

高压提升变频器是整个电控系统的一个核心部分,它具有与电控系统相适配的各种接口。它接受操作台电控系统的操作命令,同时它又将运行状态,包括工作频率、电机电流、电源电压、电流及故障信息随时送给电控系统。变频器本身又将工作信号及工作状态自动记录以备查阅,依据用户要求连接打印设备,每班数据打印,形成设备报表。变频器的所有输入、输出接口均进行了隔离,避免对变频器引入干扰。当电机处于负力提升时,变频器实时检测进行能量回馈电网。

3、改造中的变频器与电控系统的配合

高压提升机变频器是整个电控系统的一个核心部分,它具有与电控系统相适配的各种接口。配合自动控制的操作台运行时,电控台向变频器发出“正转运行”、“反转运行”和“变频急停”三路开关量信号,以及一路4~20mA“给定转速”信号。变频器向电控台发出“变频器待机”、“变频器故障”和“安全回路”三路开关量信号,以及用于显示的模拟量输出信号。电控台控制高压断路器分、合闸,分别连入相应的控制回路中。绞车上安装的轴编码器向电控台发出电机转速及绞车位置信号。电控台接受绞车司机的操作指令。如图5所示。

图5变频器与现场接口

变频器执行电控系统的指令,完成启动、停止及其加减速的动作。当制动手柄与主令手柄推离零位后,经过可编程控制器的运算发出模拟量(电流源)信号作为高压变频器的模拟输入给定,同时发出“正转运行”或“反转运行”指令,高压变频器接收到电控台发出的指令,按照根据绞车速度曲线图设定好的加速时间进行升速。随着高压变频器输出频率由最低升至最高后,提升机进入高速段。当提升容器运行至减速点时,电控台通过输入给定控制变频器,变频器依据设定好的减速时间逐渐由最高频率向设定的爬行速度对应的频率降速,提升机从高速阶段进入减速段运行。当前速度降至爬行速度时,提升机进入到低速段运行,并保持该速度。提升容器运行到卸载位置时,电控台进行抱闸操作,同时发出“变频器急停”指令,至此完成一次提升过程。

整个提升机系统中设有深度指示失效、限速、过卷、反转、制动油过压、闸瓦磨损、松绳、速度监视、制动油超温、润滑油超压欠压、变频器的轻重故障等保护功能。系统能根据故障性质做出响应,必要时实施紧急制动,确保设备及人员的安全。

4、绞车变频控制运行情况

经过设备的各项功能和参数的调试,设备各项性能指标均达到设计要求,完全满足现场实际需要,设备运行至今正常2年多,据统计,节电率达20%左右,保障了煤矿的正常生产。

主井绞车采用变频控制后,整个提升机系统具有如下特点:系统具有更完善的软硬件保护环节;实现了电动机的真正软启动;实现了无级平滑调速,可在静态或动态任意调整电动机转速;运行平稳,无转差冲击。提升操作系统能够实现调绳、手动、半自动、全自动运行;除常规的保护外,还具有深度指示器断轴(断线)保护、减速点后备保护、错向保护、给定方向记忆保护、二级制动解除保护、减速段超速保护、自动换向等功能;系统能实现提升机运行全过程的自动监控,对提升机运行过程中的参数及可能危及提升机正常运行的设备进行监测,并具有故障显示、报警功能;耗电量也大大降低,节能效果非常显著。电控系统应用灵活、运行稳定,大大提高了提升机的安全运行,减少维护工作量,缩短了提升时间,提高了生产效率。

5、结束语

煤矿生产是一个高耗能行业,高压变频技术的迅速发展为煤矿行业的节能降耗提供了一个非常有利的契机。新风光电子公司是国内最早的从事提升机变频器研究的专业厂家,风光高压提升机变频器填补了单元串联式多电平高压变频器不能四象限运行的国内空白,产品技术具国内领先水平,风光牌高压提升机变频器将为煤炭等矿山型企业的节能降耗提供强有力的技术支持和保障。

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供稿:李婷,孟凤臣,田利瑞 ,郭培彬

本文链接:http://www.chuandong.com/tech/detail.aspx?id=29555

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