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平煤（集团）平五矿己四采区风井提升机的电控系统技术方案2009年04月07日平五矿己四采区风井提升机电控系统技术方案-2-目录1.总体说明.................................................................................................................31.1.平五矿己四采区风井提升机参数..............................................................31.2.平五矿己四采区风井提电控系统设计原则..............................................32.、技术方案说明.....................................................................................................42.1.高压配电设备..............................................................................................52.2.整流变压器..................................................................................................52.3.低压配电设备..............................................................................................52.4.矿山大功率同步机三电平变频控制系统..................................................52.5.多PLC网络控制系统.................................................................................72.6.安全保护回路..............................................................................................82.7.操作台..........................................................................................................83.供货范围：.............................................................................................................9平五矿己四采区风井提升机电控系统技术方案-3-1.总体说明1.1.平五矿己四采区风井提升机参数(1)提升高度：540.3m(2)提升类别：煤炭、矸石、人员、材料、设备等(3)提升系统：一对非标3.t矿车单层单车四绳罐笼(4)提升机：JKMD-3×4(III)E型落地式四绳摩擦轮提升机(5)摩擦轮直径：3500mm(6)天轮直径：3500mm(7)最大静张力：525kN(8)最大静张力差：140kN(9)电动机功率：800kW(10)电动机转速：43r/min(11)电动机过载能力：≥2(12)电动机冷却方式：由设备厂家确定(13)提升速度：提矸、下料7.88m/s，升降人员≤6.5m/s1.2.平五矿己四采区风井提电控系统设计原则(1)以高可靠性、安全性及技术先进性为前提，采用安全、可靠、先进、合理的新技术，完成提升机系统的控制及运行；(2)从适应性、普遍性、通用性和成熟性上考虑，选择所需设备；(3)充分利用现有设施，保证系统功能的前提下，尽可能简化系统，尽量减少投资；(4)采用经过实践检验的电工行业先进技术，使用维护方便；(5)对元器件进行严格筛选，关键环节一律采用进口部件。平五矿己四采区风井提升机电控系统技术方案-4-1.3.电控系统技术规范(1)电控系统整体功能与技术水平达到国际先进水平；(2)全数字变频矢量控制器可实现：速度闭环控制、功率因数控制、矢量控制、定子电流闭环控制、转子励磁电流控制等功能；(3)系统具有行程控制、故障监视、过程和故障处理等功能；(4)系统具有功能全面、系统简单可靠、控制性能好等特点；(5)系统建立先进、灵活、适用的计算机网络控制、管理系统，并能纳入局域网；(6)系统建立安全可靠的保护系统，保护功能多和优于现系统。并有力的提高其控制性能指标，加强其保护功能，最终达到提高整个系统的可靠性、稳定性、扩展能力和控制性能指标；(7)系统能生成各种生产报表及统计、故障信息等画面，反映提升机所有的运行参数和运行状态以及故障类型、故障发生时间和位置，能及时通知维修人员排除故障，从而缩短排除故障时间，提高劳动生产率。(8)系统静动态性能指标满足提升机四象限运行的要求，并满足提升工艺所要求的过载能力和安全系数，静态精度≤0.1%，动态跟踪误差≤5％，调速范围≧100：1，速度指示精度0.01m/s。(9)PLC选用SIEMENSS7系列。电器元件具有较强的抗干扰性和防水性能，并设置防潮装置。2.、技术方案说明提升设备就是整个矿山的“咽喉要道”，一旦出现故障，将会造成停工停产，给企业带来巨大损失。针对平五矿提升机现状，本电控系统方案采用“大功率同步电机三电平变频调速系统”，同步机三电平方案对于企业而言在降低能耗，提高生产效率的同时，节约时间，提高效率，最大程度上满足工矿企业生产实际的需要。平五矿己四采区风井提升机电控系统技术方案-5-2.1.高压配电设备选用三台高压开关柜，带微机综合保护，其中一台进线柜(双回路进线带PT)，两台出线柜（一台定子变压器，一台辅助变压器）。其技术特点为：1)所有高压开关柜均具有“五防”功能。2)高压柜中装有电流、电压、有功、无功等测量仪表和过流、短路、低电压、接地绝缘等保护装置以及供测量和保护用的电压、电流互感器。3)高压柜工作状态经PLC传输到上位机显示。2.2.整流变压器定子变压器选用一台干式整流变压器，F级绝缘，空气自冷。预置温度检测传感器并配套温度监视保护装置，将报警（大于90度），跳闸（大于100度）信号接点输出到主控PLC，定子变压器主要参数为：连接组别DD0单台容量1250KVA变比6KV/V阻抗大于6%辅助变压器为315KVA，6KVA/V励磁变压器为160KVA，380V/V。2.3.低压配电设备主要为整个新系统的主控柜和变频柜及其外围设备提供稳定可靠的交流电源及24V直流电源，还配备UPS对提升机的重要控制单元供电，以便当主电源故障时，能确保提升机安全停车。其工作状态采集后传输到主控PLC中，配电装置留有6路供用户使用的备用馈出回路。2.4.矿山大功率同步机三电平变频控制系统具体系统技术方案如下：平五矿己四采区风井提升机电控系统技术方案-6-(1)定子回路一套背靠背双三电平结构给电枢绕组供电，主变一台，网侧为三电平全控整流系统，主要作用为直流电压调节和网侧功率因数控制，阀侧为三电平逆变系统，主要完成速度闭环、转矩控制、电流控制、功率因数调节等功能，中间为大容量电容器，主要起到滤波和无功缓冲作用。以上三部分共同构成四象限功率变换系统。(2)转子回路采用三相可控硅整流桥四象限直流功率控制系统，励磁变压器一台，主要完成转子励磁电流调节功能。同步机交直交三电平变频系统结构示意图如上图所示，本系统在同步机定子绕组引入独立全控功率变换单元，同时通过转子侧的全控功率变换单元控制同步机转子侧励磁电流，通过改变同步转速进行调速。其中CU1为转子励磁整流单元，采用6脉动可控硅整流桥。CU3为定子绕组全控逆变单元，用于提供和速度控制相关的变压变频电源；CU4为定子绕组全控整流装置，在提供稳定直流电压的同时，可对网侧功率因数和谐波进行调节和补偿，使系统对电网造成的影响可忽略不计。整套系统在定子侧均采用HV_IGBT全控器件，且均可实现能量双向流动。在主回路设计上，采用先进的背靠背三电平二级管钳位拓扑结构，三电平结平五矿己四采区风井提升机电控系统技术方案-7-构可大大减轻du/dt对功率器件和电机绝缘的影响，降低功率设备的EMI水平，减小系统损耗。同时背靠背拓扑利于功率系统结构化设计，利于维护，使系统可靠性大大增强。2.5.多PLC网络控制系统提升机是矿山咽喉设备，为满足其高可靠性、高安全性要求，建立以网络为连接纽带的多PLC冗余控制系统，用于完成提升机行程控制、逻辑操作和故障保护、液压制动控制以及其他辅机设备自动控制等。PLC网络控制系统中，操作和安全保护选用多台西门子S7-300PLC构成，所有PLC均通过MPI网连接，对提升机的关键信号（如速度、行程、超速、过卷等）采用多重保护，实现相互监视。2.5.1.PLC提升行程控制主要由行程监控PLC、两个轴编码器(一个装在驱动轮上，另一个装在天轮上)和井筒同步开关（装在减速点前）构成。行程PLC采用西门子S7-300。两台轴编码器将提升机钢绳在线速度和行程位置转换成脉冲信号分别送入PLC中，PLC将部分操作信号、保护信号以及设定的一些行程参数与轴编码器信号结合起来进行逻辑运算处理，自动产生提升机所需的速度给定信号(即运行曲线),为了尽量减少起动、制动过程中的机械冲击，提高提升机控制精度，速度给定信号的加速、减速段为“S”型曲线，减速段行程通过PLC实际运算来调节减速度以保证其为一固定值，从而保证了停车点不变和停车点的精度。主要功能为:1)与操作保护PLC之间相互保护、相互监视。2）产生速度包络曲线对提升机的速度进行连续监视。3）补偿由于运行磨损带来的钢丝绳和滚筒直径的变化。具体做法是，当提升容器在井筒底部时按下标定按钮，提升机慢速提升一个循环即可，这种操作在软件中得到了充分的安全保护。平五矿己四采区风井提升机电控系统技术方案-8-2.5.2.操作保护PLC采用西门子S7-300,主要功能是：1）执行操作程序，生成开车信号和方向；2）实现各种故障保护及闭锁；3）与行程监控PLC之间相互保护、相互监视；4)作为整个系统的主控PLC。2.6.安全保护回路除由主控PLC、行程控制系统组成两个软件安全回路以外，还由继电器构成一套提升机硬件安全保护回路。对关键环节采用三重或多重保护，多条安全回路之间互相冗余，保证设备高效、安全运转。来自提升机各部分的保护信号分为立即施闸、井口施闸、电气制动和报警4类。其中井口施闸、电气制动和报警类事故信号直接引入到PLC中，PLC将其处理后送监视器显示故障类型并控制声光报警系统报警并施闸，而立即施闸类事故信号除引入到PLC中处理、显示、报警外，还直接引入到安全直动回路，动作施闸系统施闸。2.7.操作台操作台采用分体化操作台，设有主令操作手柄、制动手柄（精密电阻型），工作方式选择开关、控制方式选择开关主回路电源送电按钮、磁场送电按钮，安全复位按钮、紧停按钮、灯试验按钮、闸试验按钮、过卷旁通按钮等。操作台设置各类显示和指示，主要有：----深度指示器（精针）；----到位信号指示等。----速度表；----液压表；----可调闸毫安表；----定子电流表；----磁场电流表；----主电源电压表；----控制手柄零位指示；----制动手柄松闸位指示；----磁场合闸指示（直流系统）；----高压或主电源合闸指示；----控制电源合闸指示；平五矿己四采区风井提升机电控系统技术方案-9-----安全回路正常指示；----过卷故障指示；司机可操作操作台上的开关及按钮来控制提升机运行，并通过指示灯和显示仪表以及工业控制计算机及时了解提升机的运行状态及运行参数。3.供货范围：序号设备名称型号规格及主要技术参数单位数量备注1高压柜台32