高压变频器在主焦煤业公司矿井提升机的应用

北京利德华福电气技术有限公司（以下简称我公司）一台四象限能量回馈（HARSVERT-FVA06/060）型高压变频调速系统在安阳鑫龙（集团）主焦煤业公司主矿井提升机上成功投运一年有余。该产品有效地解决了使用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统的诸多问题，采用电控台和高压变频器相结合的控制方案，提高了整个电控系统安全可靠性、控制精度及调速性能，为用户提高生产效率的同时，又响应了国家的号召，实现了双重节能减耗的效果。
                            
    “豫北明珠”、“河南省文明煤矿”－－－－－－-安阳鑫龙（集团）主焦煤业公司位于安阳县伦掌乡境内，西邻大白公路，北接河北磁县，南望安李铁路，交通十分便捷。
   公司现有员工1000多人，生产能力将达到年产90万吨，产值增至9亿元，实现利税近3亿元，近几年来，先后获得“河南省安全质量标准化先进单位”、全省煤矿“管理创新最佳企业”、“河南省五一劳动奖章”、“安阳市五好党组织”、“安阳市效益最佳企业”、“河南省文明煤矿”等诸多荣誉称号。公司主要产品为焦煤，属国家稀有煤种，低磷、特低硫、高发热量，用途广泛。现有地质储量5526万吨，可采储量2726万吨。
    主焦煤业公司没有改造前，提升机系统存在以下问题：系统功率因数低，启动电流及切换电流冲击大，设备运行不平稳，易引起电气及机械冲击；控制线路复杂，工作稳定性和可靠性差，缺乏故障诊断功能，排查故障困难；转子回路串接电阻，低速运行时转差功率大，消耗能量；在正常运行过程中，也无法实现平滑的调速以及准确对罐；下落过程中，电动机处于发电状态消耗电能造成能源浪费，且发热严重致使工作环境恶化；电机滑环接触不良，易引起设备故障，维护工作量及费用高；另外该系统的电气控制部分均采用板式结构，体积大、运行噪声高，且所有接线端柱裸露在外，对运行安全造成极大的危害。
      为解决上述问题，响应国家号召，实现企业效益最大化，主焦煤业公司决定对矿井提升机系统进行变频技术改造。经过各方面的比较，他们最终把目标锁定为我公司生产的四象限能量回馈型高压变频调速系统，同时电控台选择了洛阳源创电气有限公司生产的PLC全自动控制台装置。
     以我公司生产的高压变频器为核心的交流调速技术已比较成熟且在其他矿井取得了较好的运行效果，此HARSVERT-FVA系列高压变频器主要由激磁涌流柜、变压器柜、功率柜及控制柜组成，可实现正转、反转、牵引、电制动等功能，完全满足提升所需要的四象限运行的负载调速需要。
      我公司HARSVERT-FVA系列变频调速产品，融合了先进的PWM整流能量回馈技术和异步电机无速度传感器矢量控制技术，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。设备采用了矢量控制、功率单元串联电压叠加、有源逆变、能量回馈等多项先进技术，形成了具有动态响应快、低速运行转矩大的电动机驱动特性。高压电源先经过激磁涌流柜，然后再加到移相变压器原边，通过变压器移相后的二次绕组分别为各功率单元提供电源。激磁涌流柜有效的解决了设备合闸上电时对电网的冲击，使其应用更为广泛；另外这种供电方式也有效地消除了由功率单元所引起的大部分谐波电流，确保设备满足电网的运行要求。各功率单元串联电压叠加，再星型连接后输出高压直接驱动高压电动机，确保输出电流波形近似正弦波，有效地削弱了dv/dt对电动机和电缆绝缘的影响。采用进口光纤作为控制信号的传输介质，有效地改善了设备高压和控制系统的隔离，增强了设备运行时的可靠性和抗干扰能力。
      新型能量回馈技术的应用，在功率单元输入侧不增加电抗器的情况下，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。矢量控制方式基于异步电动机按转子磁链定向的动态模型，将定子电流分解成励磁分量和与此垂直的转矩分量，参照直流调速系统的控制方法，分别独立的对两个电流分量进行控制，具有较好的动态和稳态调速性能。
      在整个的提升机系统中，高压变频器担负着电气传动和调速的重任，是主控命令的执行者，有着频繁启动、停止及其加减速的工作模式。当主令控制器推离零位后，经过可编程控制器的运算发出标准的模拟量（电压源和电流源）信号作为高压变频器的模拟输入给定，高压变频器按主控台发出的给定，按设定要求输出对应频率和电压驱动电动机加速运行。随着高压变频器输出频率由最低升至最高时，提升机按设定的运行曲线加速进入等速段，当提升容器运行至减速点时，主控台通过给定信号控制变频器按规定要求减速运行，此时变频器输出频率由最高频率按要求逐渐降为设定的爬行速度对应得频率（一般为5HZ左右），提升机从正常阶段进入减速段运行。当速度降到设定的速度时，提升机进入到低速段（爬行段）运行，并保持该速度运行。当提升容器运行到卸载位置时，主控台检测到容器到位信号后，工作闸回路断电抱闸，控制变频器停止输出，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、接近停车位置的限速、过卷、滑绳、反转、减速段限速、等速段限速、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、煤位、变频器的轻重故障等保护功能。系统能根据故障发生时刻容器所在位置，控制提升机的信号、运行方向、运行速度，必要时实施紧急制动或二级制动，确保设备的安全运行。
      从目前运行情况看，主焦煤业公司变频改造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；维护工作量比原系统减少很多，耗电量也大大降低，节能效果非常显著。电控系统结构简单、应用灵活、编程方便、运行稳定可靠，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。
      就这样我公司同洛阳源创电气有限公司一道非常出色的完成了整个矿井提升机系统的升级改造工程。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。设备投运至今，运行稳定可靠，节能效果显著。
      乘着国家“节能减排、绿色环保”号召的春风，我公司将一如既往的致力于高压变频调速系统的开发和创新，勇攀高端科学技术，继续在高性能传动领域如：风洞、矿井提升机、皮带机、轧钢等道路上与国内外同行一起开创高压智能电机的新的产品时代而奋斗。