第五章  矿山行业

第二节  矿井提升机变频调速节能改造案例（3）

案例一：

峰峰集团梧桐矿主井同步提升机高压变频改造工程

峰峰集团有限公司梧桐庄矿地处河北省邯郸市磁县境内，北距邯郸市60公里，南邻风景优美的岳城水库，东接国家南北交通大动脉——京广铁路和107国道，地理位置优越，交通十分便利。 矿井1992年10月开工建设，2003年10月正式投产，是峰峰集团按照高产高效模式建设的大型现代化矿井，年设计生产能力120万吨，服务年限80年。2003年了当年投产，当年达产；2004年先后攀上了连续安全生产3周年，连续安全产煤300万吨等台阶；2005年连续实现了安全产煤400万吨、安全生产四周年、安全产煤500万吨等目标，2010年6月冀中能源峰峰集团梧桐庄煤矿2#主井提升机高压变频电控系统投入运行企业呈现出安全与生产协调发展、员工收入与企业经济效益同步增长的良好态势。

一、主井提升机现场介绍

1、 提升机型号：JKMD-4.5X4(Ⅲ)型多绳摩擦提升机

2、 提升高度：H=  650.287 m

最大提升速度：Vmax=  13.43 m/s  检查井筒及验绳速度0.5m/s，加速度0.85m/s²  ，减速度0.95m/s²。

3、 提升类别：原煤

4、 液压站：恒减速液压站

5、 提升容器：双箕斗

6、 设计最大静张力： 1000 kN; 最大静张力差：270 kN

7、 主电动机参数：变频同步电动机4200KW，6000V，423A  57r/min，

励磁电流299A/275V，测温元件PT100  12只；

二、原提升系统主要存在的问题

1、超大功率异步电动机系统复杂体积庞大，启动时对电网冲击大，启动电流为额定电流的2—6倍

2、速度不能连续调节；低速运行时主要靠抱闸控制，速度稳定性差。

3、系统能耗较大，且没有能量回馈。

4、司机操作复杂，劳动强度大。

5、功率因数低。

6、启动力矩小。

三、现场调试过程及遇到的问题

高压变频器的现场调试整体分为三大部分：上高压电前的准备工作、上高压带空载电机（分离连接轴）测试、上高压（连接连接轴）带空罐笼以及罐笼带负载测试。

主要步骤为：

1、确定变频器基本环节已经就绪，完成所有接线工作；根据现场情况和经验值数据来设置变频器的相关参数（部分参数需在测试后设定）；

2、设置变频器到调试状态，将正、反启停，模拟给定，上位给定，紧急停机等与电控系统相关的信号测试好；测试与上级高压开关柜的联锁保护；

3、分离电机与滚筒连接轴，调试编码器的旋转方向和精度。

4、空载测试：1.转子定位2.测试电机时间常数Tr，暂时修改本地控制、本地给定、自由停机方式，转速环预置初始值，电流环PID预置初始值，加、减速时间设定在20-30s之间，空载电流预先给定稍大1/3的电机额定电流，电机时间参数可预设为0.5-1之间。启动方式设为转子定位启动，将给定电压调整到5600-6000V之间，启动变频器，当变频器电压由U→U/2→U恢复正常且稳定运行后点停机键，变频器将自动检测电机转子位置。

5、输出电流环调试：上高压电，给定频率1Hz，并使用示波器观察输出电流波形，在输出电流波形无畸变情况下慢慢提升频率，一直到11Hz。P越大、I越小电流相应越快；如果电流P过大可能出现“三角波”，电流积分时间过短会出现“锯齿波”，调整P、I直至波形在整个频段保持正弦，到此电流环基本调成；

6、空载粗略校正加、减速时间：加减速时间需满足矿山生产需求，典型值为加速15s、减速15s，在此基础上调节转速环，使之吻合加减速时间要求；

7、连接电机与滚筒连接轴，进行无载提升：调试低速段、高速段以及加、减速的电流波形，确保其为完美的正弦波；

8、带轻载提升：基本与上步相似；

9、带正常负载提升：这是以后煤矿作业长期提升的重量，所以严格调整转速环以满足生产需求，且不能有较大超调，电流不能畸变；如果在此时发现“溜车”现象，可把转矩提升适当提高；

10、带重载提升：这是煤矿非常少的情况，可能有特殊的维修时段需要重载下放、提升货物和人。此步主要调节变频器的限流系数；

至此，变频器的调试工作基本完成。接下来尚需继续观察24小时，以确保变频器的运行完全正常和可靠。

安装注意事项：

   轴编码器的连接，需要加工精度非常高，提前加工好，以免延误改造工期。

现场采用的是双变频器拖同一负载，为了安全起见，编码器的切换同时调试好，随时切换不误事。 

由于需要电动机的空载测试，所以必须事先把电机与滚筒连接轴拆开。待空载测试完成后，再原样装回。连接轴拆装比较费时，应留足时间，以免影响调试进度。

在调试过程中，变频器出现过失速控制。经过逐一排查，发现是编码器的软连接不同心。软连接一松，编码器就会丢转儿，变频器输出与反馈出现较大偏差，同步机转子定位不够准确，变频器控制同步电机运转时出现失速，经排查后重新更换轴编码器连接装置，重新电机转子定位，故障排除，设备可正常运转。

经过5天的紧张调试，最终顺利完成变频器的调试工作，使之能够正常运行。轻载、重载的运行曲线都非常平滑，完全达到了设计和使用标准。

变频器参数清单：

四、采用变频调速后的效果及效益

1、双套调速操作系统，自由切换自动化程度高，操作简单，降低司机劳动强度和操作难度；运行噪声降低。

2、实现提升全过程变频调速控制，四象限运行，加减速运行平稳，调速连续方便，低速爬行平稳，定位精度高。

3、起动转矩大，提升机在重载下从低速平稳地升至最大速度，电气制动平稳，加速度仍保持在原来数值（0.6～0.7m/s2），同时没有大电流出现，减少了对电网和机械设备的冲击，延长了设备使用寿命。

4、通过切换柜，该套装置双套变频电源调控互相独立，具有双保险，保证安全生产。

5、保护装置齐全，确保了提升机安全可靠运行，至今未发生故障。

6、实测节电18％，通过合理调整速度图，缩短了提升时间，每勾提升时间缩短22秒，现为104秒，每天可多提121勾，121×25＝3025吨，3025×330＝99.8250万，即年可多提升原煤约998250万吨，按吨煤矿可收利润80元计算，每年矿可多创利80×998250＝7986万元。

五、结束语

该矿积极破解扩能后主井能力不足的瓶颈问题，将主井运行精确到“秒”来管理。先后制定了“精益”操作标准和“精益”检修标准，由过去的提升每勾126秒加快为104秒，行

2010年6月冀中能源峰峰集团梧桐庄煤矿2#主井提升机JKMD-4.5*4（III）多绳摩擦式提升机高压变频电控系统投入运行，其主电机为交流同步电动机4200KW/6KV，57r/min低速直联，井筒直径6米，井深665.9米，布置一对25吨箕斗。

该工程是目前国产最大功率矿井提升机同步高压变频控制系统，采用最先进的矢量控制和能量回馈技术，填补了国内空白。

合康变频器首次在双机拖动的矿井提升机上运行，并取得圆满成功，再次证明了合康变频在高压传动领域上的雄厚技术实力。HIVERT系列高压变频器极大地提高了主井提升系统的安全性和可靠性，确保了主井提升机的高质量运行，实现了高转矩、高精度、宽调速范围驱动，运行过程平稳，无级调速，乘坐舒适；低速输出转矩大，过载能力强，保护功能齐全，可靠性高，故障率低，维护方便，节能降耗。直接利用原有电动机，不需要增加谐波抑制及无功补偿装置，其技术水平达到国际先进水平，创造了非常可观的经济效益及社会效益，深受领导和广大职工的好评。