礦用GKT型提升絞車電控系統改造技術探討

陳有平

福建省永安煤業有限責任公司仙亭煤礦，福建 三明 366000

2015年國家安全生產監督管理總局對《煤礦安全規程》進行修訂，并于2016年10月1日起實施。煤礦在用GKT型提升絞車未列入《禁止井工煤礦使用的設備及工藝目錄》，不屬于淘汰設備，但一些保護裝置無法達到《煤礦安全規程》要求。目前筆者所在單位采區提升絞車是由重慶礦山機械廠生產的，絞車型號為GKT-1.6*1.2-24，滾筒直徑為1.6m，滾筒寬度為1.2m；配備的減速箱為JSZ-2*450雙力線直齒輪減速箱，減速器傳動比值為24；絞車電機為變頻調速電機型號為YBPT355S-6，功率為160kW；液壓站型號為TE131型液壓站。

1 礦用GKT型提升絞車電控系統缺陷

礦用GKT型提升絞車配備的電控系統和《煤礦安全規程》（2016）提出的提升裝置安全保護要求，存在以下缺陷和不足：（1）該電控系統為礦用一般型，未取得礦用產品安全標志證書，即無“MA”標志；（2）無限速保護功能，無法保證提升容器到達終端位置時的速度不超過2m/s，需通過絞車司機人工控制，安全隱患大；（3）絞車操作臺配備的是轉盤式提升容器位置指示器，它通過2臺自整角機接收發送的方式實現深度指示，但當位置失效時，無法自動斷電；（4）當提升發生錯向時，無法斷電實現錯向運行保護功能；（5）該型號提升絞車配備的液壓站采用十字彈簧控制壓力，結構落后，受加工精度影響大，壓力調節不穩定，調整難度大，不易于維護，故障率較高，同時無并聯冗余的回油管道；（6）電控系統故障率高，不易維護。

2 電控系統改造方案

（1）針對在用GKT型提升絞車電控系統存在的問題，根據《淘汰落后安全技術工藝、設備目錄》（2016年）建議提升機電控裝置可替代的技術裝備為四象限變頻調速提升電控裝置，故選擇200kW/660V礦用隔爆型四象限變頻調速系統1套，配用電機為160kW/660V，電機的軸負載為礦井斜井提升絞車。電控部分改為礦用隔爆兼本質安全型PLC控制。

（2）原有TE131型液壓站升級更換為符合煤礦井下設備使用要求，即具有“MA”標志證書、防爆合格證書、產品合格證書，且具有皮囊蓄能式二級制動、安全制動冗余回路的礦用比例閥液壓站。

（3）加裝一套牌坊式深度指示器，與現有絞車JSZ-450雙力線直齒輪減速箱配套使用，同時指示器應帶有上下過卷開關。

（4）在絞車軸端加裝旋轉編碼器，用于采集提升絞車運行的相關參數及數據。

（5）通過對國內相關電控廠家的對比，最終選擇上海華欣民福自控設備有限公司生產的BPJ1-200/660K型礦用隔爆兼本質安全型交流變頻器和KXJ-158-25/660(A)型隔爆兼本質安全型可編程序控制箱，以及TH1-24型本安操作臺，配備湖南煤礦機械有限公司生產的JTY400DB型提升絞車制動系統液壓站，電控系統結構框架如圖1所示。

圖1 電控系統結構框架圖

3 技術原理

（1）BPJ1-200/660K型礦用隔爆兼本質安全型交流變頻器。BPJ1-200/660K型變頻器通過對電壓頻率按比例平滑上升的控制方式，能提供低頻的起動轉矩，有利于電機的平穩起動，同時可控制起動時的速度，達到真正平滑軟起動的目的。它采用全數字矢量控制，使系統調速范圍寬，調速精度高。該變頻器采用的是AFE自換向變頻新技術，使提升絞車在減速段或者進行重物下放操作時，其系統自行轉入發電反饋狀態，使制動更加平穩、操作更為簡便，同時大幅度提高了提升絞車的安全可靠性。此變頻器網側采用PWM斬波調制，使輸入電流波呈現的是正弦波。網側變頻器還有個特點是采用單獨的CPU，實行PID控制，這樣可以對網側的交流電流的大小和相位進行實時檢測和控制，使系統的功率因數保持在1左右，隨著提升絞車進入發電狀態，能量就從逆變器返回到直流母線，這時系統控制的輸入電流的相位與電源電壓的相位剛好相反，能量就會回饋至電網。BPJ1-200/660K型礦用隔爆兼本質安全型交流變頻器原理如圖2所示。

圖2 BPJ1-200/660K型變頻器原理圖

（2）JTY400DB型制動系統液壓站。JTY400DB型液壓站是由兩組完全獨立工作的液壓系統組成。它們一用一備，當一組油泵、電機或閥損壞時，可通過梭閥自動轉換至另一組液壓系統工作。液壓站油泵出口裝有高壓管路過濾器來確保壓力油得到充分過濾。系統正常工作時，電磁換向閥通電，壓力油通過電磁換向閥分別進入制動器油缸，保證提升絞車正常運轉，同時壓力油經過減壓閥、單向閥進入氣囊式蓄能器。當實現安全制動時電機斷電油泵停止供油，同時比例溢流閥電磁鐵和電磁換向閥斷電，此時液壓站一級制動管的壓力油迅速回油箱，油壓降到零。二級制動管壓力油經過電磁換向閥一部分進入皮囊式蓄能器內，另一部分由直動溢流閥回至油箱，使二級制動管內的油壓保持在二級制動油壓值的等級。經過電器延時到設定的時間后，電磁換向閥斷電使二級制動管內的壓力油油壓迅速下降至零，達到安全制動狀態。

4 改造和使用過程中的注意事項

（1）根據現場實際情況，確定相關參數，特別是減速距離和減速時間的設定，減速距離設置過長，會影響絞車提升效率；減速距離過短，會導致減速時間變短；減速時間過短，會影響絞車司機操作的安全性。

（2）絞車在每次換繩或鋼絲繩調頭時，深度指示位置應回“零”位。

（3）當控制系統出現故障時，首先，通過操作臺的復位按鈕來復位故障，若故障復位不了，可以通過操作臺的顯示屏上的正常開車頁面下方的滾動條處查看是什么故障；其次，也可以通過操作臺上的觸屏翻頁按鈕翻到故障頁面進行查詢故障，然后根據故障進行處理。

（4）因主令手柄到零位，絞車剎車會直接抱死，對減速箱和絞車鋼絲繩的沖擊較大，因此需加強對絞車司機在操作培訓。

（5）注意電源電壓的選擇，內含380V和660V電壓可供選擇。

5 系統改造后的效果

（1）合法合規。通過對礦用GTK型礦山提升絞車電控系統和液壓站升級改造，使該型號提升絞車符合《煤礦安全規程》（2016）第四百二十三條和第四百二十五條規定。

（2）保護齊全、功能完善。系統升級改造后，除了原有的一級急停保護，如過卷、過放、超速和限速保護，增加二級和三級保護，二級保護需通過解除復位后方能啟動運行，三級則為報警指示。改造后系統檢測范圍廣、精度高，人機界面以數字、模擬圖形顯示，直觀明了。同時系統帶有故障狀態記憶功能，當設備出現故障時，控制系統會在顯示屏歷史報警記錄頁面存檔相關報警信息，以便設備檢查維護。

（3）牌坊式深度指示器能對提升機提升容器的位置進行測量和數字指示，當指示失效時自動斷電，且能使制動器實施安全制動，完成測速、深度指示的監控與斷線保護。

（4）系統采用無級調速手柄，操作臺面板集成相關參數顯示屏，能夠準確顯示斜井絞車運行狀態，包括礦車的位置指示、速度指示、方向和軌跡顯示，操作更為便捷。

（5）系統改造后，故障率大大降低，同時維護檢修更為方便。

6 結束語

近年來，我國礦企機械化生產水平有了很大提升，礦山機電設備實現自動化是其未來發展的主要趨勢之一，一些生產年份較長但又未達到國家規定的禁用設備或工藝，可通過一些技術改造、系統優化，使礦山設備的生產效率、安全性得到更大保障，能幫助企業創造出更多的經濟效益。