主井绞车电控改造技术鉴定材料(改).doc

新 三 矿 主 立 井 电 气 控 制 系 统 研 究 与 应 用鉴定材料2012-10-29新 三 矿 主 立 井 电 气 控 制 系 统 研 究 与 应 用本项目主要针对新三矿主立井提升机电气控制系统保护功能不完善、可靠性差、控制精度低、安全性差的现状，为进一步完善和提高电气系统运行控制的安全性，为副立井提升系统安全、可靠运行提供保障。本项目研究工作起止日期：2011年10月1日2012年3月30日，历时6个月。本项目主研单位：峰峰集团公司新三矿协作单位：峰峰集团公司煤炭生产部北京天地科技有限公司一、新三矿主立井提升系统状况：新三矿主立井为立井提升，提升行程：175米；绞车型号：2JK-2.51.5；提升容器：箕斗，自重：2070kg，载重：4000kg。提升任务：提升系统担负着-3.5水平至地面之间原煤提升工作。二、技改原因：新三矿地面主立井提升机担负矿井原煤的提升的任务。于1995年正式投入运行，当初采用的电控系统为KKX型，1999年12月，我矿将其更换为焦作华飞公司的ZNK-01S型PLC全自动控制系统，调速部分仍采用老式的八段加速接触器及电阻。经过几年来的使用，PLC全自动控制系统的优点得到充分体现，同时也暴露出转子串电阻调速方式存在的能耗高、故故障率高等问题，使得PLC电控系统的优越性不能得到充分体现。目前主立井绞车所采用的电控系统存在如下问题，直接影响了系统的安全和运行稳定。1.电子元器件老化，电控系统运行不稳定，造成提升机误停、误报。主要有：低频柜器件老化，无输出及输出不稳，致使绞车在正常运行过程中出现提不动、紧急停车事故，冲击机械部件，威胁提升安全，由于该低频柜厂家已经淘汰，修复的费用很高；可控硅加速柜响应不灵敏，造成系统加速不稳；高压低频换向柜分合不彻底，造成主电机瞬间过负荷、发热。2.由于现提升系统启动段不能利用低频启动的功能，现系统的启动段仍然采用传统串电阻、靠工作闸调节力矩工作方法完成出装（卸）载区的爬行和加速工作，此段时间约需22.51秒，耗用电能约1.787KWh，约占现运行模式全程电耗的二分之一。3.启动和爬行：由于串电阻高压直接启动模式力矩调节过程中，许多能量消耗在工作闸板和加速电阻上，不但造成此工作区段能源浪费较大，而且此区段运行速度的控制是靠调节串入主电机转子回路的电阻大小和调节工作闸的闸紧力实现的，速度控制特性较差，启动段很难达到设计的速度控制要求，不利于提升设施的安全运行。4.由于主立井提升行程近为175米，在提升运行过程中，每65秒提升系统就要启动一次，由于现提升系统起动是转子串电阻高压起动控制模式，起动阶段电机的工作电流是正常运行时工作电流的1.5倍，使得电机的发热现象较为严重。进入夏季必须辅以冷却风扇进行强制风冷，以改善电机的工作环境。采用高压变频的控制系统后，以上问题将能得到有效的解决，提高主提升系统运行的安全性和经济性。因此，完全有必要对该系统进行改造。三、技术改造的过程：2011年10月，经集团公司招标，新三矿主立井电控智能化技术改造和拖动系统高压变频改造项目由北京天地科技有限公司承接。2011年12月10日第一期电控智能化改造设备到达现场，随即我们开始了新控制系统的安装工作，在不影响主立井提升工作的前提下，与2012年2月完成了安装，调试、提升运行。四、新三矿主立井技术改造的主要内容：1、将电力拖动部分更换为高压变频器拖动，提升系统的速度调节由原来工频模式，在主电机转子回路串电阻辅以工作闸方式，改为利用改变输入电机电源的频率实现速度调节的方式。2、保留原系统的高压换向器和加速电阻器，以备在需要时使用。3、设置了变频器运行和工频运行模式的切换系统，方便两种工作模式在很短时间内进行切换（两种运行方式的切换时间仅需3分钟）。五、技术改造后电控系统和变频拖动系统的主要特点：1、控制系统智能化。智能控制系统以两台PLC可编程控制器为核心的并行工作方式，互为后备，安全冗余。采用模/数转换方式，解决了被控设备模拟监测、控制的问题，实现了智能系统与外部的信息交换和控制。采用计算机通讯技术解决了主控系统与较远距离被控设备的控制和信息回馈，按常规控制模式需采用许多连线的问题，外部数据和状态的监测和采集绝大多数实现了数字化，系统控制的逻辑关系由PLC可编程控制器内部程序完成。采用触摸屏显示技术，将新系统各外部设备的工作状态以开关量显示在操作者面前，提升系统的工况（速度、负载力矩等）以实时曲线显示出来，设置了故障记忆和语言报出功能，对控制系统运行中跳安全回路的状态进行了记录，对操作或重要故障以语言形式报出，方便了故障的查找。2、控制功能和保护。新控制系统采用了计算机技术，使其控制功能和精度、控制灵活性、保护的种类、可靠性及保护的精度比老电控系统大为提高。不但达到了“煤矿安全规程”对固定绞车安全保护的规定，部分保护（如过卷；减速区、等速区过速；接近井口2m/s限速等）还实现了双重和三重保护。另外，新系统还增加了等速区运行负荷异常、防逆转、错向等保护，使系统的控制和保护实现了智能化。3、采用变频器改变频率来调整提升机的运行速度，不但可实现速度的连续、稳定变化，而且拖动力矩随需求自动适应。在主立井提升系统中，在正常的负载范围内，不论负载如何变化，均可根据设定的提升速度要求，实现预先设定的速度控制。特别是在现提升过程的起始段的速度控制，更可显示出变频调速优于电阻调速的特性。在进入减速区至爬行区，虽然现在采用了低频电源控制减速和爬行拖动的工作，但由于受低频电源制动力矩调节范围的限制，使得在提升负载较轻时，制动力矩不足，工作闸需参与的现象，导致控制特性变差。采用变频拖动方式，只需设定好减速工作时间，变频器即可按减速时间并根据负载大小和提升力矩方向，自动完成减速和爬行拖动控制，较现控制模式更为优越，运行的安全性会进一步得到提高。4、变频器的保护。主立井提升系统由于是担负着-3.5至地面提升原煤的任务，也是-3.5至地面提升原煤唯一通道，如何能在变频系统运行中，遇有故障时能在较短时间恢复系统工频模式运行，也是此次技改中所必须考虑的主要问题。为此，在系统构成中，我们保留原工频拖动系统的高压换向和电阻加速部分，增设了变频和工频运行两种方式的切换系统，可使得两种运行工作方式的切换，较好的解决了变频系统异常时恢复拖动系统转工频运行的问题。5、新控制系统具备了自动化开车的条件。在变频运行状态系统设置了三种工作模式：自动、手动、低速。在自动和手动工作模式下，控制系统内已按各运行区段设定好了运行程序，收到运行指令，司机只需将工作闸和主令推至运行位置，提升系统就会按设定好的程序自动完成全行程运行，至停车位置自动停车。运行过程中不论提升力矩方向，司机均不需干预运行只是负责监护，即减轻了司机的劳动强度，也弥补了司机操作不当带来的问题。绞车的运行完全靠主控系统中计算机程序控制。提升机的各个区段的运行合理性得到了充分的优化，使得系统的运行工况达到了理想状态。六、技改后实现的安全和经济效益：新三矿主立井电气控制系统和电力拖动系统技术改造完成后，经近半年的运行试验表明，不但在提升机系统控制功能上有非常大的优点，在安全和经济效益方面较原系统也体现出非常明显的效果。1、安全效益：采用变频器改变频率来调整提升机的运行速度，不但可实现速度的连续、稳定变化，而且拖动力矩随需求自动适应。在主立井提升系统中，在正常的负载范围内，不论负载如何变化，均可根据设定的提升速度要求，实现预先设定的速度控制。特别是在现提升过程的起始段的速度控制，更可显示出变频调速优于电阻调速的特性。在进入减速区至爬行区，虽然现在采用了低频电源控制减速和爬行拖动的工作，但由于受低频电源制动力矩调节范围的限制，使得在提升负载较轻时，制动力矩不足，工作闸需参与的现象，导致控制特性变差。采用变频拖动方式，只需设定好减速工作时间，变频器即可按减速时间并根据负载大小和提升力矩方向，自动完成减速和爬行拖动控制，较现控制模式更为优越，运行的安全性会进一步得到提高。因高压变频器的输出能量大小是根据设定速度和提升负载力矩自动调节其输出电压的，且变频器输出的功率因数可高达0.92，不但提高了电源能量的利用率，而且可使电机不论是启动还是运行均工作在设定的额定状态。在高压变频器运行状态下，其输出的相序可根据提升指令方向的要求，自动在其内部实现改变，无需外部设定高压换向器来完成提升运行方向的转换。2、经济效益：、提高电能利用率：由于高压变频器拖动是根据拖动负载和所设定的运行速度自动调整输出电压和电流，且经过变频器输出的电压和电流相位差通常小于230电角度，即变频器输出的功率因数可高达0.92以上，可使电机在速度变化的过程中，其功率因数基本保持在电机的额定功率因数状态下运行（电阻调速控制时，功率因数仅能达到0.5-0.6），充分提高了电能的利用率。在加速区段不再需要电阻参与，直接利用改变输出频率来实现控制速度的变化，因此在此区段可节约较多的电能。、节能效益：采用变频拖动，启动段以0.4m/s爬行1.5米，之后开始加速，加速时间定为8秒，共计需用时间11.75秒，耗用电能0.387KWh。比用电阻加速启动、调速模式每勾节约提升时间9.71秒,少耗用电能0.8694KWh，仅为电阻启动、加速过程电耗的四分之一。现全程提升时间平均为（63-65）秒，采用高压变频拖动其全程运行时间可缩短为54秒左右。经预测变频拖动运行较现拖动模式每勾可节电1.405KWh，节电效果显著。按矿井现计划产量70万吨、年生产日355天、箕斗每勾提升量4吨计算，每年预计可节电24.5875万KWh，可节约资金24.6万元。其它节约费用：采用智能控制变频系统，可改变设备运转条件，减少人员投入，节约维护配件费用，预计节约10.5万元。采用变频调速，可实现绞车加、减速无级变化，完全克服传统八级加速力矩变化对绳的冲击，预计每年可节约一条钢丝绳，折合资金约3.5万元。综上所述，技改后，系统每年预计可节约资金38.6万元24.6+10.5+3.5。4、变频器的应用前景：目前，绞车电控智能化改造技术较为普遍，它的应用极大的提高了绞车控制系统的控制精度、因地制