变频节能技术在煤矿中的应用

变频节能技术在煤矿中的应用近几年来，变频节能技术兖州矿区的地面和井下提升、通风、采煤、运输、选煤等各种矿山设备控制系统得到了广泛的应用，对国内同行具有很好的参考价值。1在提升系统应用1）矿用提升机变频调速控制的特殊功能兖州矿业（集团）公司南屯煤矿通过对矿用提升机变频调速控制的研究，使其特殊功能得到正常应用，取得了良好的效果。①直流制动的作用。当重车需在井筒中间停车时，变频器由高速平滑地降到低速，随之施加一个直流制动信号使提升机停止，机械制动起作用后方可去掉直流制动信号，使重车靠机械抱闸的作用停在中间。启动时先对电机施加一个直流制动信号，当检测到机械抱闸打开方可去掉直流制动信号，加上启动电压，提升机转动。机械抱闸抱紧状态一直在变频器检测下，一旦机械抱闸打开马上给电机施加直流制动信号，确保避免重车“溜勾”现象。②S形速度曲线。为减少运行的机械冲击，在变频器启动与停止过程中最好做到加速度是连续的，即S形加、减速曲线。当井下及井口停车倾角很小时，要求提升机运行速度很低，否则会出现“松绳”现象。另外，井筒罐道要求变频器能以不同频率工作。根据现场情况，变频器可设置5个频率段主令控制器的不同位置对应不同的直流控制电压，即对应不同的运行频率。③自动限速保护。当运行接近终点时给出一个减速信号，接到此减速信号后，如主令控制器已操作减速，则变频器按主令控制器的操作改变运行速度；若收到减速信号后主令控制器没有正常操作，则自动启动机内的自动减速程序，将变频器工作频率按预定要求逐步改变为低速运行。这对于预防“过卷”是十分必要的。此外，当提升机带有测速发电机给出超速信号时，变频器也能自动减速。④连锁开机功能。提升机开机须按给出命令操作。当给出“上行”或者“下行”命令的时候，如人员操作与命令不符，连锁功能就对此操作不响应，变频器不启动。连锁功能是保证安全运行的重要措施。⑤对再生能量的处理。变频器的主回路采用双向逆变方案。2）井下绞车电控系统变频技术应用兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿在十采区JBT-2×1.8绞车电控系统成功采用变频技术。其设计满足《煤矿安全规程》、GB3836.1-4-2000《防爆规程》、GB50070-1994《矿山电力设计规范》、《煤矿提升绞车安全检验规范》、JB4263-2000《交流传动矿井提升机电控设备技术条件》、JB8516-1997《矿用提升机和矿用提升绞车安全要求》、MT/T834-1999《煤矿用提升信号装置通用技术条件》等要求，使绞车运行系统得以优化。电控系统和保护系统采用变频调速技术，输入电源660V、50Hz，电压允许波动范围－15%～＋10%，允许频率波动范围±2.5%，输出功率200kW，输出频率0～50Hz连续可调。过载能力强，在负载变化为－120%～＋120%额定负载时能满足四象限运行要求；低频运转时，有自动转矩提升功能，能保证100%额定转矩；有过压、欠压、过流、断相和功率元件过热等保护。控制箱采用快开门方式，电气控制采用双PLC全数字控制系统，两套PLC与硬件电路互相冗余完成绞车提升控制与数字监控，同时在PLC故障时能分别完成临时应急提升。控制系统配备正常操作而设置的各种保护，其中的防止过卷装置、过速装置、限速装置和减速功能保护设置为相互独立的双线形式。系统还具有各种保护试验功能。声光信号与控制回路具有闭锁功能，未发信号不能开车，发出信号的时间次数记忆不少于30天。深度指示采用数字显示，能准确清楚显示出矿车在巷道中运行位置。深度指示一旦失效能迅速断电停车。绞车控制具有手动、自动、检修运行及远程控制等操作方式。检修时能手动操作，运行速度0.3～0.5m/s，操作方便可靠。变频器采用模块式结构，出现故障时能方便查找故障点并及时进行更换，维修简单。操作台除有正常的各种操作开关与按钮外，还有深度、速度、电压、电流、油压和温度等指示，比较直观。2矿井主扇风机实现自动化调频控制兖州矿业（集团）公司杨村煤矿和山东省煤炭科学研究所将可编程序控制器成功应用于该矿南、北风井主扇风机自动化变频系统，与国内使用单片机、工控机进行改造的类似项目相比，无论是可靠性还是参数变更灵活性都具有不可比拟的优越性。此项成果的主要功能如下：①系统自动化控制。PLC接到运行指令时，判断运行机号和运行方式。若为低频方式则驱动低频接触器吸合，延时0.4s发出变频器运行令，电机启动至设定频率风门绞车开启扇风机进风门，前导器执行机构打开扇风机前导器，使扇风机进入工作状态。若为工频方式则控制风机降压启动，当启动电流降至设定值时停掉降压启动接触器，吸合运行主接触器，风机转入全速运行状态，30s后风门及前导器自动打开。②风量闭环控制。风机低频运行时，风量由给定信号控制。该信号与风量传感器反馈信号同时进入PLC的A/D模块，经CPU比较调节后，输出信号由D/A模块送至变频器频率设定接口，调节变频器输出频率，从而改变风机转速。③风机低频故障转换。PLC在风机低频运行中自动检测变频器运行情况，变频器出现高中时自动切除低频系统使风机转入工频运行。④电机过流保护。电机变送器将主回路电路电流信号转换后送入CPU内部功能存贮器，CPU在每个扫描周期将该数据与内部电流设定值比较，超过设定值即进行保护。⑤风门行程精确控制。PLC开闭风机风门时，安装在风门绞车主轴上的轴编码器将风门行程转换为数据信号送至高速记数模块，待其译为BCD码后存入内部存储器，CPU在每个扫描周期将BCD数据与行程设定值比较，超出设定值即停车。3在井下采煤系统应用1）采煤机ACS-800变频器的调试运行ACS-800变频器有着优良的调速性能和显著的节能效果被广泛应用于煤矿及其它众多行业。正确设置变频器的基本参数是十分重要的。兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿总结了采煤机ACS-800变频器调试运行的经验。①选择语言，设置电动机启动数据。有十五种语言可供选择，应选（ENGLISH）英语，（FACTORY）基本应用于工厂、（NO）不恢复出厂设置、（DTC）直接转矩控制。根据电动机铭牌选择合适的电压、频率范围、电动机转速和电动机功率等。②通过设置数字输入端，实现外部启动、停机和旋转方向。加速时间就是变频器输出频率由零频升到最大频率所需时间，一般8～10s。减速时间是从给定最大值降至零频所需时间，一般3～5s。确保加速时不过流、减速时不过压。加、减速时间可根据电动机功率进行计算，实际应用时根据现场情况适当调整，以不出现过电流、过电压为原则。③加减速模式选择。变频器加减速有线形、非线形和S形曲线运行模式。采煤机启动和运行负载变化较大，且加速度要缓慢，变频器可选择S形曲线运行模式，以满足不同的复杂地质条件需要。④设置转矩补偿。以此来提高电动机在低速启动时转矩提升，应采取自动补偿功能，确保电动机加速顺利进行。⑤电子过流保护功能设置。这是为了保护电动机因过流而烧毁，漏电保护功能对电动机及电缆实时监视绝缘情况。工作电流超过设定值时过流保护功能动作，绝缘值下降至设定值以下时漏电保护功能将切断电源，实现保护牵引电动机的要求。⑥模拟加载调试采煤机。接上电源后仔细观察有无异常现象，然后进行初加速。在加速时限制频率给定时要缓慢，频率上升率不要太陡，以防止出现过电流保护。此时观察电动机转速是否由小到大过渡运行平稳确保电动机接近满载情况下可靠运行。2）电牵引采煤机变频器故障分析与处理电牵引采煤机应用变频器替代了原先的液压牵引方式，提高了采煤机运行的可靠性。兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿通过大量现场实践，总结出使用和维护变频器的经验，保障了电牵引采煤机的正常运行。变频器位于牵引控制箱的右前侧，主要用于控制采煤机的左右行走速度。对于采煤机只能进行单向行走的单向牵引事故，除平时经常清理按钮表面的粉尘，并做好防锈处理以防出现按钮卡住现象外，还要加强对插座的维护和保护，控制线在压接时用力适度，线头压得过紧易出现断丝，采煤机振动时易造成线头虚接。对于采煤机运行时能牵引，但在行走过程中经常出现突然停机，停机后有时有故障显示有时无故障显示，复位后仍能开机的病态牵引事故，先不要急于动手，首先询问司机关于采煤机工作运行情况和故障现象，观察功能显示和参数显示，仔细倾听采煤机运行声音，分清是机械故障还是电气故障，确定故障范围，由点到面层层分析，然后再进行事故处理。对于采煤机不牵引的事故，其原因可分为硬故障和软故障。硬故障是指采煤机出现不牵引后信息显示直观，能直接从显示窗口上获得故障信息。软故障是指采煤机出现不牵引后从显示窗口查不出各种信息，故障点信息较模糊，难以对事故进行处理。现场处理是更换功率平衡板。该板是易损件，出现类似事故时应及时更换。平常应加强对变频器电源输入联接线的维护，采取隔离和包扎等措施，使变频器电源输入线不与器壁和其它元件接触，可有效防止事故发生。3）交流电牵引采煤机综合试验台兖州矿业（集团）公司机械制修厂研制的电牵引采煤机综合试验台，可对ＭＣＬＥ600-DR102102、SL300、MGTY400/900-3.3D三种常用交流电牵引采煤机的电气系统进行测试，并可同时对2台变频器进行试验，由2台变频器分别拖动2台交流电动机，也可一拖一或一拖二。该综合试验台由3个部分组成。①交流变频调速试验单元：主要设备有油自冷式调压器、三相异变电动机、直流电动机和数字式直流调速装置、转速转矩传感器、控制台，实现交流变频调速装置电气性能和牵引电机及机械性能的测试，完成变频调速装置保护功能的测试。能测试的项目主要有变频器在空载状态下的工作性能试验、加载试验、温升试验、电网电压波动试验、速度调节范围试验、制动与正反转运行试验、机械调速特性试验。②计算机信号数据处理单元：核心设备有工业控制用计算机（含模拟量、数字量、输入输出接板）、宽行彩色打印机、信号调理变送电路，主要用来采集来自交流变频调速单元的信号和数据，按照测试项目的要求进行数据处理和显示。③采煤机控制、监测系统试验单元：共包括监测信号模拟发生电路（分别模拟采煤机牵引部、截割部等处的电流、温度、压力等检测信号，能在规定量程内变化，并具备计量校准的功能，可以代替原信号送检测中心）、采煤机操作信号模拟发生电路（模拟采煤机的各种信号，如送电、牵启、左行、右行等，可以代替原信号控制采煤机各部的动作）、采煤机动作响应显示电路（代替采煤机各部在控制中心输出信号后作出的响应指示），主要对采煤机控制监测系统的功能进行测试。4在运输系统应用1）隔爆变频调速装置在胶带输送机的应用兖州矿业（集团）公司机电设备制造厂生产的胶带输送机配置4台大功率电机驱动装置（采用3+1模式，3套工作、1套备用）。整部输送机由3台电压为1140/660V异步电机并联拖动，通过减速器与输送机驱动滚筒连接，电动机与减速器、减速器与驱动滚筒之间采用蛇簧联轴器相连接。该机采用同轴电机，即2台电机同时控制一个驱动滚筒，要求电机启动有良好同步性来保证系统功率平衡。通过对各种调速方式分析比较，决定每台电机配置1台QJR400型隔爆变频调速装置，采用隔爆变频调速装置对输送机进行调速控制。隔爆变频调速装置的操作可在本机控制，也可远程控制。此机控制是靠变频调速系统内置的触摸屏来设定运行参数。在触摸屏上进行运行和停止操作。远控时，通过工作台对变频调速系统进行外控操作。应用变频调速装置时，一般采用一拖一控制。当3台电机同时启动且2台电机同轴时，在隔爆变频调速装置间增加主从控制功能，可任意设置其中1台为主机、其余2台为从机。在现场中设置同轴的1台电机为主机、其余2台电机为从机，同轴的另一台电机设置为转矩跟踪，不同轴的第三台设置为速度跟踪。主机是调速装置群控中的首机，其它变频器都是从机。主机只有1台。在运行中只对主机控制，全部从机同步自动跟随主机动态运行，实现良好的主从关系目标控制运行模式。经过较长时间的运行检验证明，真正实现了电机软启动和胶带输送机软启动合二为一。通过电机慢速启动带动胶带机缓慢启动，将胶带内贮存的能量缓慢释放，几乎对胶带不造成损害，设备启动特性平稳，极大降低了设备的维护检修量，同时节能效果明显。隔爆变频调速装置以其特有的软启动特性和较高的性价比，成为