高壓電動機轉子變頻電控系統改造與應用

馮志明 賈春麗

摘 要:論證了新型的變頻控制技術—— 高壓電動機轉子變頻控制在煤礦提升絞車上的應用,并對控制系統改造方法進行了介紹,對改造效果做了對比。

關鍵詞:高壓電機轉子變頻電控系統改造

中圖分類號:TD633 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0122-01

1系統概況與改造方案

1.1 系統概況

山東良莊礦業有限公司1#副井絞車擔負礦井人員上下井提升任務。提升長度1028m、軌道坡度21°。雙鉤提升,每鉤掛XRCl5-6/6斜井人行車4輛。該絞車型號為2JK3×1.5A-20。為洛陽礦山機器廠生產。配沈陽市電機廠生產的JRQISIO-12型高壓繞線電動機。電動機功率為280kW,定子額定電壓6kV、額定電流38A,轉子額定電壓480V、額定電流355A。

1.2 改造原因與方案確定

該絞車電控為老式的KKX型,于1975年投入使用。6kV高壓電動機電氣控制采用轉子串八級電阻的調速方式,調速性能較差,電能浪費大,加上設備老化,故障率高、維修量大,必須進行改造。變頻控制技術,調速效果好、節能效果顯著,實踐證明優于轉子串電阻、轉子串級調速、高壓軟啟動等控制方式,現在被廣泛采用。通常變頻調速控制都是針對定子回路的。而高壓電動機定子電壓一般都在6kV或者10kV,采用6kV或者10kV的高壓變頻器,需要解決元件耐壓問題、矢量控制問題,技術難度大、可靠性低、價格昂貴。經過考查論證。確定采用一種新型的變頻控制技術—— 壓繞線電機轉子變頻技術。它將高壓電機定子側短封。使用通用性低壓矢量控制變頻器。對電機轉子送電,來實現高壓電機的變頻控制。該控制系統采用專利技術生產的TKD-ZBP-PLC轉子變頻凋速電控系統,同時保留原系統的高壓換向及轉子電阻切換系統作為備用,二者可以隨時轉換。改造后轉子變頻系統實現半自動運行:司機在絞車啟動時一次推出主令手柄和閘制動手柄,絞車自動加速、減速、爬行、停車。司機只需在停車定位時,進行施閘定位和主令換向的操作,而在提升行程中只需要監控。

2改造過程

2.1 施工前準備工作

(1)提前派技術人員去廠家培訓,參與設備的調試與驗收．熟悉電氣控制的原理。

(2)到貨后礦方與廠家根據發貨清單驗貨,確保改造設備齊全完好,主要部件有操作臺、PLC柜、TKD-F200輔助電源柜、TKD-F600變頻電源柜、TKD-ZL整流柜、TKD-NB逆變柜、KYGC-Z630A/6kV高壓真空開關柜、高壓轉換柜、6000／480變壓器(包括散件、備件)、控制線等。

2.2 施工方案及步驟

(1)為不影響人員上下井,要求施工人員在不影響正常開車的情況下,利用每天下午2h檢修停車時間,提前對照圖紙查線號、對線號。在不影響開車的情況下,先把新操作臺墩到舊操作臺一側,5塊柜體在電控室就位,再敷設控制電纜接線。敷設高壓電纜。

(2)安裝新6000/480變壓器、新高壓開關柜、新高壓轉換柜。

(3)新操作臺就位、連接高壓主線、低壓控制線進行編程、調試,系統試運轉正常后投入運行。

3變頻系統調試數據

(1)加速段。

加速時間30s,加速度0.13m/s2。

(2)等速段。

交鋒點半速通過．速度1.9m/s,交鋒點位置514m。

(3)減速段。

減速點距離井口35m,減速時問14s,減速度0.2m/s,爬行距離9m。

(4)安全保護數據設定。

GS]2等速過速保護:PLC數據設定為等速速度的15%,對應實際速度為v=3.8×115%=4.37(m/s)。

GSJl限速保護設定:超出給定速度10%動作。

深度指示器斷軸及測速發電機欠壓保護:由FMl、FM2計數比較,行程相差10m,DJl吸合。保護動作。

接近井口定點限速保護:距離井口20m,檢測速度,速度不得高于3.02m/s;距離井口l0m處。再次檢測速度,速度不得大于1.92m/s;距離井口5m處,第三次檢測速度。如果速度大于1.24m/s,安全回路跳閘。

制動油泵過壓保護:制動油過壓保護使用液壓站接點。動作值設定在6MPa,油壓超過設定值保護動作。

潤滑油欠壓、油路超溫保護:潤滑油壓欠壓設定為0.16MPa。油壓低于設定值或者油壓超溫,運行中允許一次開車。停車時不能送電。

減速點:數字減速點設置在距離井口35m處,減速距離約為26.6m．減速度為0.27m/s2,最短爬行距離8.4m。

提升行程校準:操作臺顯示的提升行程是由測速發電機軸和深度指示器軸連接的軸編碼器計數值計算得出。如果絞車進行車繩槽或者換繩檢修會導致深度顯示變化,此時需要人為校準行程。具體操作辦法是:一是絞車由正向停車位置提升到反向停車位置,保證開關可靠動作;二是將方向解除K旋轉90°,同時按住路程、速度數字顯示表上的“設定”和“F1”鍵超過3s,路程數值變成l028m。

4改造效果分析

(1)安全可靠性、投資少:變頻器使用恒轉矩矢量控制方式,速度閉環特性良好、正力和負力提升速度圖基本相同,即使比較大的負力情況,也不會發生超速現象,提高了系統安全可靠性。且與轉子電壓匹配的變頻器額定電壓低,電控裝置投資低。

(2)提升效率:變頻半自動運行,保證任意司機開車,提升時間基本保持不變,并且提升時間縮短。原系統單次提升運行時間平均為340s。變頻提升的運行時間在310s以內,每勾減少運行時問30s。

(3)節電效果:變頻提升節電效果顯著,原系統每天提升用電量平均為1500kWh,使用變頻提升時,負力下放能量回饋、減速制動段能量回饋、慢速提升降壓降額。節電效果十分顯著。目前每天提升勾數基本不變,每天用電量平均為400kWh,可實現年節電40萬kWh。

(4)功率因數:變頻驅動的電機功率因數一般都在0.95以上,更高的功率因數降低了電機輸入電流,減少了路耗的同時,電機溫度也大幅下降,系統改造前2007年11月1日記錄數據顯示全天電機平均溫度40℃,應用變頻提升電機平均溫度33℃,平均溫度下降7℃．延長了電動機的使用壽命。