地面蓄电机车调速技术改造

1附件1编号：14040201霍州煤电集团有限责任公司技术进步奖申报书专业类别：机电项目名称：地面蓄电机车调速技术改造项目起止时间：2014年10月至2014年11月负责单位：团柏煤矿机电科主要协作单位：团柏煤矿运输队申请奖励等级：批准奖励等级：申请单位：申请单位负责人：（盖章）（盖章）报出日期：2015年1月19日技术中心制2一、立项背景矿用电机车主要用于井下运输大巷和地面的长距离对运输，运输对象为煤炭、矸石、材料、设备、人员，蓄电池式电机车主要用于高浓度的矿井中。自从上世纪30年代我国从欧美国家引入了有轨运输方式，煤矿电机车就逐渐成为井下运输和长距离运输的主要形式。团柏矿地面副井口至运料场所运行的蓄电机车调速方式为技术比较落后的串电阻调速，受地面诸如道岔多、行人多、车辆多等因素影响，电阻调速机车不能完全甩掉电阻进行全电压运行，这种方法的最大缺点是：调速过程中串人的电阻要将电能变成热能损失掉，很不经济；调速采用了分段切除电阻方式，这样分段增加了电机两端的电压，于是机车的速度呈台阶式变化，调速不平滑、起步不稳，易造成连接环的断裂，长时间带电阻运行增加了机车的故障率，影响工作效率和安全性。直流斩波调速在欧洲于60年代末试制成产品，日本90年代初也开发出以大功率晶体管GTR为功率开关的斩波调速器。随着半导体工业的发展和直流调速理论的更新，将直流斩波调速推向了实用阶段。我国于90年代开始引进国外技术，采用IGBT功率模块作斩波开关，使用PWM控制方法，试制成功了电机车直流斩波调速器。直流斩波调速与串电阻调速的同类电机车相比，节能达20％以上，不仅调速平滑，而且电机车的爬坡能力也大大提高。根据以上情况，决定对我矿井上运料所用的两台蓄电机车的调速方式由原来的串电阻调速改造为斩波调速。3二、详细技术内容1、总体思路我了相应国家节能减排的仿真政策，改善团柏煤矿地面蓄电机车调速方式落后的状况，特将IGBT斩波调速技术应用我矿的蓄电机车，该技术的应用可大大提高电机车的安全性、运行可靠性、延长电机车使用寿命，节省能源减少，同时减轻维修工人的劳动强度和工作量。2、斩波调速器组成及工作原理蓄电池机车用调速器由外壳、司机控制器、斩波主机组成，斩波主机包括控制驱动盒、光电给定器、IGBT模块（采用进口元器件）、DC/DC辅助开关电源模块、滤波电容共五部分组成。IGBT是由场效应晶体管与大功率晶体管相结合的全控功率开关元件，其开关频率高，驱动功率小，当栅极施加+15V时，器件即导通，施加0或-15V时，器件即关断。控制驱动盒为斩波调速器的核心部分，由波形发生器、脉宽调制器、给定跟随器、过流放大器、脉冲渐宽电路组成，实现欠压保护、过压保护及IGBT的驱动等功能。光电给定器通过调速手柄主轴凸轮联动，当调速手柄进入牵引位时，接通控制驱动盒24V工作电源，通过调节光电给定器操纵件角度变化，输出0～4V给定电压，实现机车无级调速功能。辅助开关电源模块将输入电压转换成24V直流电，为控制驱动盒等提供24V稳定工作电源。3、实施步骤①将原电阻控制器拆下，将新式调速箱固定在原控制器位置。②接好调速箱外部连接线。接线按照防爆要求，相邻导线间的爬电距离应尽量大，所有接线端子做好标记。③测量电机绝缘强度。直流电机定子、转子与外壳绝缘需达到1兆欧。④改装调速箱。前后驾驶室调速箱改造方法相同。⑤机车试运行，改装后的机车建立专门的运行记录。4、实施效果机电科联合运输队于2014年10月10日起拟定改造方案，决定利用13年技能比武购回的两台斩波调速器装配到1#、2#串电阻调速蓄电机车上进行技术改造，于2014年10月25日装车完毕，且试运行良好，并计划在2015年初将地面其余四台电阻调速蓄电机车全部进行改装。4三、主要创新点1、采用IGBT斩波调速方案的机车具有无级调速、启动平稳、启动力矩大的特点，有效保护机车机械系统。2、原传统的电阻调速是通过改变启动电阻的阻值来调节电机电压，调速过程中启动电阻会大量发热损耗大量电能；而IGBT斩波调速是通过改变IGBT导通和关断时间的比值调节电机平均电压，调速过程中能量损耗极小。所以在同等工况下斩波调速机车比电阻调速机车节能30%以上。3、无弧通断。正常操作下，所有触头皆为无弧通断，大大延长了接触组触头的寿命。4、温度保护。当IGBT功率原件温度达到保护值时，保护单元动作，防止电子元器件烧坏。5、电流保护。当电机车过载运行或机械故障导致电流超过保护值时，电流保护动作，机车速度降低，防止电路损坏。6、给定可靠。采用光电电压给定器，线性好，寿命长。四、应用情况及措施机电科联合运输队于2014年10月10日起拟定改造方案，决定利用13年技能比武购回的两台斩波调速器装配到1#、2#串电阻调速蓄电机车上进行技术改造，于2014年10月25日装车完毕，且试运行良好，并计划在2015年初将地面其余四台电阻调速蓄电机车全部进行改装。IGBT斩波调速控制器虽然优点很多，但目前改造时还遇到一些小问题：1、主副控制器电气闭锁装置设计不合理，它采用调速手柄控制闭锁触头，调速手柄不在0位后，触头闭合，这时操作主、副控制器可能发生故障。采取措施：将闭锁触头改到换向手柄的换向鼓上，只要换向主副控制器就有一面断电，不能同时操作。2、我们的改装车头不能将控制器固定螺栓全部上齐，必须放在底板上，控制器外壳与门盖在一个面上，使开门刮底。采取措施：在控制器下面加两道筋，使门与车底留有间隙以方便开门检修。通过两个月的使用，员工对斩波调速机车逐步熟悉，使用中发现的一些问题也得到了及时的处理，斩波调速蓄电池机车的优点正在逐步体现。这次改造取得了预期的效果，减少了运输事故的发生，降低了设备成本，提高了经济效益。我相信，随着科技的发展，更多的新技术、新材料将投入的矿山生产中，员工也将得到更大安全保障。5五、社会、经济效益单位：万元人民币项目总投资额18回收期（年）0.3年新增利润新增税收创收外汇（美元）节支总额2014年（11-12）月份1.92015年预计68.52累计各栏目的计算依据：(1)改造前后的月平均配件消耗对比。2014年11月一2014年12月改造机车与无改造机车月平均配件消耗对比见表l。通过实验数据可以得出：①改造后，1台机车年平均节约资金约为5．96万元。②单组电池充1次电，一般蓄电池机车仅运行11趟次，斩波调速机车可运行l5趟次，可减少用电量36％，原每台电机车月耗电量平均为0.6万度，现每天电机车月耗电为0.38万度，每台每月节省0.22万度，电费按0．75元／kWh计算，每台机车年节约电费2万元。(2)改造前后蓄电池使用情况对比(表2)。根据运行记录得知，使用斩波调速的机车，蓄电池的使用寿命比其他机车延长3个月(一般机车的蓄电池使用寿命平均为13个月，一组电池售价为15万元)，则改装1台机车在蓄电池方面可以节约3．46万元。名称串电阻调速斩波调速数量单价金额数量单价金额控制器连接线2200400保险管81188触头2081608864连片151015051015灭弧罩1020200主极线圈22004001200200转换开关520100闸瓦22004002200400大伞齿轮112001200电解液1.2t430051600.6t43002580合计82583294（3）经综合计算，改造后，1台机车年节能11.42万元，6台机车年节能68.52万元。栏目年份6社会效益：①事故维修率低，维修量减少。从2014年10月25日改装运行以来，1#、2#机车共计发生故障分别为2、3次，平均每台发生事故1.5次／月(同期其他电机车，平均每台发生故障3．8次／月)，与其他机车相比事故次数降低60％。②设备安全得到提高，司控器实现无电流通断，杜绝了司控器在操作中打火现象，保证了操作人员的安全。③司控室有效空间增大，司机操作方便。④制动性能得到提高，实现了软启动、加速平稳。7六、主要受奖人员情况表姓名性别年龄职务、职称工作单位参加本项目时间对本项目在技术上的贡献情况本人签名刘艳红男矿长团柏矿2014项目总负责人杨荣耀男总工程师团柏矿2014年总体规划、设计陈丰斌男33机电科长工程师机电科2014.10项目确立司鹏程男29机电科副科长助理工程师机电科2014.10改造施工负责人廉杰男机电科技术员助理工程师机电科2014.10参数计算、绘图崔仁杰男机电科技术员技术员机电科2014.10节能计算秦亮男机电科技术员技术员机电科2014.10资料整理于朝男机电科技术员技术员机电科2014.10资料整理说明填报受奖人员时，要根据对本项目的贡献大小按顺序依次填写8附件目录（证明材料）推荐单位主管领导意见（盖章）年月日评审意见评审组长：年月日技术委员会意见年月日9《霍州煤电集团有限责任公司技术进步奖申报书》填写说明1、专业类别：指开采、机电、通风安全、选煤、矿(土)建、地质、信息化、医疗卫生、综合等。2、项目起止时间：起始时间指立项、任务下达、合同签署等形式开始研制日期；完成时间指项目整体通过验收、鉴定或正式投产日期。3、立项背景：应简明扼要地概述立项时国内外相关科学技术状况、主要技术经济指标、尚待解决的问题及立项目的。4、详细技术内容：是评价该项目是否符合授奖条件的主要依据，因此，凡涉及该项目技术实质内容的说明、论证及实验结果等，均应直接叙述，不得采取见**附件的表达形式，必要的图示须就近插入相应的正文中。应对推荐项目的总体思路、技术方案、实施效果等进行全面阐述。（1）总体思路。应简要阐述针对立项目的，利用什么新思想、新技术、新方法，来解决什么样的技术问题，创造出什么样的新成果。（2）技术方案。应详细阐述具体技术方案和实施步骤，应用了哪些理论、技术和方法，在技术开发、推广及产业化过程中，攻克了哪些关键技术，在技术上有哪些创新，取得了哪些创新成果。（3）实施效果。应简要阐述该项技术的转化程度，应用范围及推广情况。5、主要技术创新点：是推荐项目和推荐书的核心部分，也是审查项目、处理异议的关键依据。技术创新点包括在技术思路、关键技术、系统集成及方法、措施、观点等方面的创新，是项目详细技术内容在创新性方面的归纳与提炼，应简明、扼要地阐述。6、应用情况及措施：应就推荐项目的生产、应用、推广情况及预期应用前景等进行阐述。详细说明项目的实施时间、实施地点、实施效果、遇到问题及所采取的措施。7、《经济效益》指项目申报单位生产或应用该项目后取得的直接新增效益，以申报单位财务部门核准的数额为基本依据，栏中填写的数字应与附件中提供的经济效益证明数据相符。只填写已取得的新增直接效益。10《各栏目的计算依据》应就生产或应用该项目后产生的直接累计净增效益以及提高产品质量、提高劳动生产率等方面做出简要说明，并具体列出本表所填各项效益额的计算方法和计算依据。8、社会效益《社会效益》指推荐项目在推动科学技术进步，保护自然资源或生态环境，保障国家和社会安全，改善人民物质文化生活与健康水平及推动我省转型跨越等方面所起的作用。11附件2项目简介项目名称地面蓄电机车调速技术改造年度2014年主要完成单位团柏矿机电科主要参加人员陈丰斌司鹏程廉杰于朝秦亮崔仁杰简介一、立项背景；团柏矿地面副井口至运料场所运行的蓄电机车调速方式为技术比较落后的串电阻调速，这种方法的最大缺点是：能耗较大、调速不平滑、起步不稳，易造成连接环的断裂，长时间带电阻运行增加了机车的故障率，影响工作效率和安全性。我国于90年代开始引进国外技术，采用IGBT功率模块作斩波开关，使用PWM控制方法，试制成功了电机车直流斩波调速器。直流斩波调速与串电阻调速的同类电机车相比，节能达20％以上，不仅调速平滑，而且电机车的爬坡能力也大大提高。根据以上情况，决定对我矿井上运料所用的两台蓄电机车的调速方式由原来的串电阻调速改造为斩波调速。二、项目研究的主要内容；蓄电机车调速方式改造主要是对原有的串电阻调速控制器进行拆除，再将新式IGBT斩波调速箱与蓄电机车进行匹配，并按照防爆要求进行连线。改装完成后对电机车进行试运行，根据实际运行情况进行调试，并将实际情况进行记录。三、解决的关键