1、用戶情況

    烏海能源有限責任公司隸屬于神華集團，成立于2008年，是一個集焦煤生產(chǎn)、洗選、焦化、煤化工及矸石發(fā)電為一體的多元化新型能源企業(yè)，也是目前內(nèi)蒙古最大的焦煤生產(chǎn)基地。

    利民煤焦公司座落在鄂爾多斯高原、鄂托克草原邊陲的棋盤井鎮(zhèn)。擁有設計年生產(chǎn)能力為60萬噸的礦井、240萬噸洗煤廠、60萬噸焦化廠以及2×6MW焦爐煤氣發(fā)電廠各一座。煤礦資源儲量為11061萬噸，可采儲量為6212萬噸，利民煤礦堅持以科學發(fā)展觀為指導，大力實施“科技興礦”發(fā)展戰(zhàn)略，通過加快生產(chǎn)布局調(diào)整、實施科技自主創(chuàng)新、加大安全基礎投入、著力打造“生態(tài)型礦山、花園式企業(yè)”。

    在礦井的各動力設備中，提升機系統(tǒng)是最為重要、耗能最大的設備。提升機運行的可靠性直接影響礦井的產(chǎn)能，直接關系到礦井的安全生產(chǎn)水平。長期以來，礦用提升機普遍使用繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻的方法進行調(diào)速控制，該方法成本較低，轉(zhuǎn)矩脈動大，電機電流大，能耗高，控制電路復雜，接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞，直接影響到企業(yè)產(chǎn)能和安全生產(chǎn)水平。隨著國內(nèi)變頻器技術的逐漸成熟，越來越多的煤礦開始采用變頻器作為礦用提升絞車的控制設備，經(jīng)過利民煤礦領導的考察，反復對比，決定采用新風光電子科技股份有限公司的生產(chǎn)的風光牌JD-BP38-500T型高壓變頻器拖動礦用主井絞車。拖動電機參數(shù)表1所示，提升機現(xiàn)場如圖1所示，

圖1提升機現(xiàn)場圖

2、風光高壓提升機變頻調(diào)速器介紹

    此次變頻改造選用1臺JD-BP38-500T型高壓變頻器，額定電壓10kV，額定電流36A，額定功率500kW。

JD-BP38-T系列高壓變頻器是新風光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的提升機高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，該產(chǎn)品被列為國家火炬計劃項目，榮獲國家重點新產(chǎn)品、山東省科技進步獎，被列入國家重點節(jié)能技術推廣目錄名單，獲科技部中小企業(yè)技術創(chuàng)新基金項目資助。該系統(tǒng)以高速DSP（TMS320F2812）為控制核心，結合先進的無速度傳感器矢量控制技術，融合了先進的能量回饋技術，以及可靠的lGBT大電流驅(qū)動技術，是新一代高性能完美無諧波高壓變頻調(diào)速產(chǎn)品的典型代表。矢量控制功能使得異步電機啟動轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應好，調(diào)速精度高。能量回饋技術的應用，使得功率單元串聯(lián)型高壓變頻器具備了四象限運行能力，能量可以在電網(wǎng)和電機之間雙向流動。

    矢量控制技術原理如圖2所示。

圖2矢量控制技術原理框圖

    風光牌高壓提升機變頻器，即可用于鼠籠式電機也可用于繞線式電機，即可用于新礦井配套安裝，也可用于老礦井改造。風光10kV高壓提升變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，所用的10kV高壓提升變頻器，變壓器有24組付邊繞組，每相分為8個功率單元，三相共24個單元，采用48脈沖整流，輸入端的諧波成分遠低于國標規(guī)定。

    JD-BP38-T系列提升機高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平的拓撲結構，由旁路柜、變壓器柜、功率柜和控制柜組成，高壓提升變頻器系統(tǒng)結構如圖3所示。功率單元電路如圖4所示。

圖3高壓提升變頻器系統(tǒng)結構圖

圖4功率單元電路結構

    控制器核心由高速32位芯片運算來實現(xiàn)，精心設計的算法可以保證電機達到最優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡化控制。PLC控制器用于柜體內(nèi)開關信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強了系統(tǒng)的靈活性。控制器及各控制單元板中采用先進的單片機等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術，系統(tǒng)具有極高的可靠性。此外還有一個CPU，負責管理LED顯示屏和鍵盤。

    另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個功率單元的控制電源采用一個獨立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場培訓，增強了系統(tǒng)的可靠性。

    高壓提升變頻器是整個電控系統(tǒng)的一個核心部分，它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。它接受操作臺電控系統(tǒng)的操作命令，同時它又將運行狀態(tài)，包括工作頻率、電機電流、電源電壓、電流及故障信息隨時送給電控系統(tǒng)。變頻器本身又將工作信號及工作狀態(tài)自動記錄以備查閱，依據(jù)用戶要求連接打印設備，每班數(shù)據(jù)打印，形成設備報表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進行了隔離，避免對變頻器引入干擾。當電機處于負力提升時，變頻器實時檢測進行能量回饋電網(wǎng)。

3、改造中的變頻器與電控系統(tǒng)的配合

    高壓提升機變頻器是整個電控系統(tǒng)的一個核心部分，它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。配合自動控制的操作臺運行時，電控臺向變頻器發(fā)出“正轉(zhuǎn)運行”、“反轉(zhuǎn)運行”和“變頻急停”三路開關量信號，以及一路4～20mA“給定轉(zhuǎn)速”信號。變頻器向電控臺發(fā)出“變頻器待機”、“變頻器故障”和“安全回路”三路開關量信號，以及用于顯示的模擬量輸出信號。電控臺控制高壓斷路器分、合閘，分別連入相應的控制回路中。絞車上安裝的軸編碼器向電控臺發(fā)出電機轉(zhuǎn)速及絞車位置信號。電控臺接受絞車司機的操作指令。如圖5所示。

圖5變頻器與現(xiàn)場接口

    變頻器執(zhí)行電控系統(tǒng)的指令，完成啟動、停止及其加減速的動作。當制動手柄與主令手柄推離零位后，經(jīng)過可編程控制器的運算發(fā)出模擬量（電流源）信號作為高壓變頻器的模擬輸入給定，同時發(fā)出“正轉(zhuǎn)運行”或“反轉(zhuǎn)運行”指令，高壓變頻器接收到電控臺發(fā)出的指令，按照根據(jù)絞車速度曲線圖設定好的加速時間進行升速。隨著高壓變頻器輸出頻率由最低升至最高后，提升機進入高速段。當提升容器運行至減速點時，電控臺通過輸入給定控制變頻器，變頻器依據(jù)設定好的減速時間逐漸由最高頻率向設定的爬行速度對應的頻率降速，提升機從高速階段進入減速段運行。當前速度降至爬行速度時，提升機進入到低速段運行，并保持該速度。提升容器運行到卸載位置時，電控臺進行抱閘操作，同時發(fā)出“變頻器急停”指令，至此完成一次提升過程。

    整個提升機系統(tǒng)中設有深度指示失效、限速、過卷、反轉(zhuǎn)、制動油過壓、閘瓦磨損、松繩、速度監(jiān)視、制動油超溫、潤滑油超壓欠壓、變頻器的輕重故障等保護功能。系統(tǒng)能根據(jù)故障性質(zhì)做出響應，必要時實施緊急制動，確保設備及人員的安全。

4、絞車變頻控制運行情況

    經(jīng)過設備的各項功能和參數(shù)的調(diào)試，設備各項性能指標均達到設計要求，完全滿足現(xiàn)場實際需要，設備運行至今正常2年多，據(jù)統(tǒng)計，節(jié)電率達20%左右，保障了煤礦的正常生產(chǎn)。

    主井絞車采用變頻控制后，整個提升機系統(tǒng)具有如下特點：系統(tǒng)具有更完善的軟硬件保護環(huán)節(jié)；實現(xiàn)了電動機的真正軟啟動；實現(xiàn)了無級平滑調(diào)速，可在靜態(tài)或動態(tài)任意調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速；運行平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)差沖擊。提升操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)繩、手動、半自動、全自動運行；除常規(guī)的保護外，還具有深度指示器斷軸（斷線）保護、減速點后備保護、錯向保護、給定方向記憶保護、二級制動解除保護、減速段超速保護、自動換向等功能；系統(tǒng)能實現(xiàn)提升機運行全過程的自動監(jiān)控，對提升機運行過程中的參數(shù)及可能危及提升機正常運行的設備進行監(jiān)測，并具有故障顯示、報警功能；耗電量也大大降低，節(jié)能效果非常顯著。電控系統(tǒng)應用靈活、運行穩(wěn)定，大大提高了提升機的安全運行，減少維護工作量，縮短了提升時間，提高了生產(chǎn)效率。

5、結束語

    煤礦生產(chǎn)是一個高耗能行業(yè)，高壓變頻技術的迅速發(fā)展為煤礦行業(yè)的節(jié)能降耗提供了一個非常有利的契機。新風光電子公司是國內(nèi)最早的從事提升機變頻器研究的專業(yè)廠家，風光高壓提升機變頻器填補了單元串聯(lián)式多電平高壓變頻器不能四象限運行的國內(nèi)空白，產(chǎn)品技術具國內(nèi)領先水平，風光牌高壓提升機變頻器將為煤炭等礦山型企業(yè)的節(jié)能降耗提供強有力的技術支持和保障。