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高压变频技术说明第1页共11页异步机交流高压变频调速提升电控系统技术说明1、总体说明本电控系统符合下列文件的规定和基本要求：1)《煤矿安全规程》（2011年版）。2)《金属非金属地下矿山安全规程》（GB16424-1996）。3)《煤矿地面多绳摩擦式提升系统设计规范》（MT5021-1997）。4)《直流传动矿井提升机电控设备第二部分晶闸管电控设备》（JB/T6754.2-93）5)《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》（GB/T13926-92）6)《低压配电设计规范》（GB50054-95）7)《电气设备的抗干扰特性基本测量方法》（GB4859-84）。8)（89）中煤总生机字第128号文件规定的各项保护及后备保护功能。9)现行国家电工委员会及其它标准。进口电气设备遵守国际电工委员会IEC标准。10)《3-110KV高压配电装置设计规范》（GB50060-92）。11)《电力装置的继电保护和自动装置的设计规范》（GB50062-92）。12)《矿用一般型电气设备》（GB12173-90）。13)《外壳防护等级的分类》（GB4208-84）。2、设计依据主机参数：电机参数：电源条件：1)两路交流10kV或6kv高压主电源供电回路至提升机高压进线柜，一路工作、一路备用，故障后手动切换；2)低压电源380V，双回路进线，一路工作，一路备用，故障后手动切换；3、电控系统总体技术方案3.1总体技术方案电控系统型号：NT型；型号含义：提升机全数字网络化控制。整个电控系统分为四个部分：高压变频调速系统、双PLC网络化操作系统、智能上位监控系高压变频技术说明第2页共11页统。高压变频调速系统采用高压变频器（IGBT、DSP控制），带能量回馈四象限运行，网络化、数字化控制。网络化操作系统采用西门子公司S7-300双PLC双线制控制，含数字式电子监控器的功能，配网络化控制的操纵台；监控系统采用台湾研华原装进口工控机系统含大屏幕彩色显示器、打印机；3.2系统特点：1)根据提升的特点，采用全数字高压交流变频调速系统。2)采用了全数字速度、电流、位置闭环控制使提升机在任意速度下运行稳定可靠并保持爬行距离恒定，使提升机具有较高的运行效率。3)操作和安全保护系统选用两套不同配置的Siemens公司的S7-300系列可编程控制器。主辅PLC之间相互通讯及监视，操作过程实现双线控制方式，对提升机运行关键的信号（如速度、容器位置、安全、减速、过卷等等）均采用多重保护，互为监视。4)PLC操作控制系统能完成提升机手动、半自动、检修、紧急、对罐、人为过卷等各种运行方式的控制要求等。控制系统根据提升容器的位置与去向及提升种类，自动选取最大的运行速度，提高系统的运行效率。手动操作：司机根据信号系统情况，通过速度给定器件控制提升机在额定速度以下任意速度运行，自动减速、自动准确停车，同时要受到行程控制器的限制。提人运行时，最高速度将限制到7m/s。半自动操作：在半自动运行逻辑具备条件时，司机根据系统情况通过按钮开车，让提升机完成一个提升循环，并具安全联锁；具有自动选择去向，确定运行速度等功能，自动加速、自动减速、自动准确停车。检修操作：最大速度：2m/s。检修速度：0.3~0.5m/s。检修时手动开车慢动操作：慢动速度在0.5m/s。主要用于换层、对罐。操作方式可手动或半自动。人为过卷操作：在检修时，能用转换开关实现人为过卷、运行速度限定在0.3m/s以下。正常提升时，人为过卷开关不复位不能开车。紧急操作：在任何运行方式下，司机通过急停按钮或脚踏开关可实施急停操作。故障操作：PLC故障：在PLC出现故障情况下，提升机能通过继电器系统实现低速故障运行，速度2米/秒，系统仍能满足操作、运行的要求；并且具有《煤矿安全规程》规定的各项保护。高压变频器故障：利用切换柜将高压电机定子系统切换到原工频电控系统。高压变频技术说明第3页共11页5)具有三条安全保护回路，其中，软件安全回路两条、硬件安全回路一条，关键环节采用三重或多重保护，比如过卷、超速、2米定点超速等。多条安全保护回路之间互相冗余，保证矿山设备的高效、安全运转。硬件安全回路包括后备减速、超速、限速、过卷保护。6)轻重故障具有声、光报警或预报警。7)监控系统采用（P4研华/2.4G/120G/软驱/光驱/鼠标/键盘/音响等内存512M）台湾产工控机作为上位机，配大屏幕彩色显示器及彩色打印机，实现多画面实时监控，多参量数码及曲线显示、记录，各种故障的报警及记录，所记录的图表、曲线多达10天以上所进行的提升循环。具有与PLC通讯功能。8)各子系统通过网络进行数据和信号交换实现网络化集散控制，使整个系统的外接线大量减少，节省安装工期及费用。9)系统具有远程诊断功能，通过电话网络对本提升机电控系统的对各个输入口、输出口以及中间参量进行观察、分析，能够在较短的时间内确定故障的原因并找到相应的解决办法，有利于与现场使用人员的技术沟通以及快速地处理故障及问题；10)采取必要的硬件、软件的抗干扰措施（隔离、滤波、合理的结构及布线），确保整个系统不受电磁干扰、供电电源的干扰，并对其他设备不产生危害性的干扰；11)经过优化设计，使设备的性能更加强大，硬件包括接线更加整洁，如原来由继电器进行隔离的线路均由光隔完成，使继电器数目减少到最少的必要程度。12)变频器的过载能力大于电动机的过载能力，确保任何负载下，提升机能满足四象限安全运行要求。3.3提升机电控设备成套范围序号名称型号/规格数量备注一提升电控系统NT型1套1高压真空开关柜TGZ(Z)1台真空断路器，五防、过流过压保护2高压变频调速系统装置（含监控软件）移相整流变压器功率单元控制柜1套变频调速带回馈四象限运行，与主控PLC通讯，网络化、数字化控制3PLC主令柜主控PLCS7-3001台4网络化操作台含辅控PLCS7-3001台5辅助电源柜FZG1台7切换柜QHG1台变频---工频切换8上位监控系统P4工控机+19寸+打印机1套台湾研华工控9高精度绝对值编码器chm912-13bt-0121套法国BEI-IDEACOD高压变频技术说明第4页共11页公司产品10轴编码器(含弹性联轴节)LF2套高精度11测速机ZCF-321套12远程诊断装置1台实现远程专家监控13过卷、停车开关LX44台机械式14井筒磁性开关含TS型磁铁1套抗砸，防水15数字式闸瓦磨损、弹簧疲劳开关ZT-21套专利产品，对闸瓦磨损、弹簧疲劳程度进行显示及护16设备软件、调试及培训、资料PLC手册、图纸等1套17信号采集屏蔽电缆及通讯电缆1组数字模拟量信号采集4、主要电控设备的主要特点4.1高压开关柜采用真空高压开关柜，断路器采用VS1真空断路器，配弹簧储能电动操作机构。1）高压开关柜具有过流、短路及接地绝缘检测等保护功能。2）高压开关柜包括功能单元、控制及保护以及仪表设备。对每个装置都留有适当的空间，便于进出线和检修。开关柜在最大短路故障情况下安全运行，并能承受由此引起的电气及机械应力。3）两路进线之间设电气闭锁，柜内每个装置连续工作，并有“五防”功能（防止带负荷推拉可移开部件、防止误分/合断路器、防止带电合接地开关、防止接地开关处于接地位置送电、防止误入带电间隔）。4）开关柜安装微机综合保护装置，可显示电压、电流、有功、无功、功率因数等。4.2高压变频调速系统变频器与PLC电控硬连接变频器和PLC电控采用硬连接：电控把开关量正向起停、反向起停、紧急停机、模拟量频率给定送给变频器，可以控制变频器运行；变频器把开关量运行、故障、就绪、模拟量输出电流、输出频率给电控系统，即可以正常工作。配合如下图所示。高压变频技术说明第5页共11页高压电机高压电源柜高压变频器主控台控制电源轴编码器接地端分闸合闸允许6kVC6kVB6kVA接地端接地端变频器电流公共端公共端模拟给定高压就绪运行指示故障报警公共端公共端紧急停车反向启停正向启停变频器与PLC电控硬连接实施技术方案的优点启动、制动平稳，不对设备产生冲击，延长设备寿命；制动时，将能量回馈电网，节约能源；低速爬行平稳，定位精度高；降低了运行噪声、发热量及粉尘，改善了值班环境；不需转子电阻及切换柜，减小设备占地空间；自动化程度高，操作简单，降低操作人员劳动强度；转子串电阻调速和变频器调速互为备用。采用高压变频器技术先进性矢量控制是全数字技术的，功率部分采用IGBT的电压源型交流变频传动装置。它给传动装置带来快速性，更高的精度，更高的可靠性，同时效率也更高。统一的操作界面：该界面对所有变频器都一样，它们具有统一的操作员控制策略。这意味着什么呢?—如果你能够操作一个就会操作所有的，包括对所有的输出和功能范围在高压变频技术说明第6页共11页内。更加独特的是：对于所有的变频器而言，模块化单元，操作面板，控制程序，服务程序，操作员控制以及设备应答都是一致的。对新的矢量控制也不例外。适合多种电压：当然，不言而喻，新的矢量控制是国际性产品，它适用于世界各地所有重要的电压等级：3相6000VAC、3相10000VAC，然而，最大的优点还在于它的最大容许偏差是-20%—+15%。这样，即使在供电电网条件较差的情况下也能充分保证工厂和机械设备的各部分都具有很高的生产率和可用性。节省空间：新T系列矢量控制的变频器，采用专利技术，优化柜体结构设计，使用矢量控制变频器节省用户空间1/3左右。紧凑的单元：极小的外形尺寸，最大程度的利用了空间，使近一步提高功率密度的单元可以简单的安装在双L型的导轨上，方便拆卸。软件：标准的软件，操作的通用性，几个传动装置的同步运行和电机的旋转再启动；还有众多功能包含在软件中，闭环控制等。远程诊断和调试：在PC上进行调试和诊断，变频器软件是矢量控制用的一个高水平的用户友好界面，具有菜单提示操作控制。所有参数都具有形象化显示。可以读、写、处理及打印参数设置。可以处理过程数据，可以进行诊断操作，也可以实现在线操作。适合于所有变频器，用户界面友好的软件包，用户界面友好的调试、通讯和服务。无换相失败的可靠装置:对于传统的整流技术而言，不稳定的电网常常引起停产损失，因为换相故障往往造成快熔熔断；而同步整流技术固有100%的能量回馈能力，即使在电网极欠压情况下，仍能完成回馈能力，只有在非常必要时才关断装置，这种主动的控制关断功能消除换相失败或快熔故障的可能。卓越的动态性能：传统系统的性能经常受到负载频繁变化的影响，可控硅整流技术相比起来有较长换相延时，负载电动状态和发电状态的频繁转换，极可能导致变频器的关闭，而采用了IGBT同步整流技术，能在任何时候维持稳定的直流电压。高质量的输入特性输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源，从结构上看，由于输入侧采用了IGBT功率元件，所以它相当于一个逆变器，不同的是其输入为交流，输出为直流；与传统的二极管整流或者可控硅整流技术相比，单元整流为SPWM可控移相同步整流，这种整流方式不再是被动的将交流转换成直流，而是具备了很多的控制功能，它不仅能消除高次谐波、提高功率因数，而且不受电网波动的影响，具有卓越的动态性能。同步整流简单的工作原理可以简述为：整流电路从电网汲取正弦波交流，经过整流后输出直流电压，并保持所要求的电压值，且输入侧具有滤波电容和电抗器，滤除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。同步整流回路及滤波电路确保从电网汲取的或反馈回电网的只有正弦波高压变频技术说明第7页共11页电压或电流，而不会产生二极管整流产生的5、7、11、13次谐波，变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足IEEEStd519-1992和GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》对谐波含量的最严格要求，无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰。即使恶劣的电网环境也不例外。完美的输出特性变频器额定输入功率因数大于0.95，无需功率因数补偿电容；减少无功输入，降低供电容量。单元串联矢量控制正弦波脉宽调制叠波输出，6kV系列每相6个单元，大大削弱了输出谐波含