高压电动机转子变频电控系统改造与应用

摘 要:论证了新型的变频控制技术—— 高压电动机转子变频控制在煤矿提升绞车上的应用,并对控制系统改造方法进行了介绍,对改造效果做了对比。

关键词:高压电机 转子变频 电控系统 改造

中图分类号:TD633 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0122-01

1 系统概况与改造方案

1.1 系统概况

山东良庄矿业有限公司1#副井绞车担负矿井人员上下井提升任务。提升长度1028m、轨道坡度21°。双钩提升,每钩挂XRCl5-6/6斜井人行车4辆。该绞车型号为2JK3×1.5A-20。为洛阳矿山机器厂生产。配沈阳市电机厂生产的JRQISIO-12型高压绕线电动机。电动机功率为280kW,定子额定电压6kV、额定电流38A,转子额定电压480V、额定电流355A。

1.2 改造原因与方案确定

该绞车电控为老式的KKX型,于1975年投入使用。6kV高压电动机电气控制采用转子串八级电阻的调速方式,调速性能较差,电能浪费大,加上设备老化,故障率高、维修量大,必须进行改造。变频控制技术,调速效果好、节能效果显著,实践证明优于转子串电阻、转子串级调速、高压软启动等控制方式,现在被广泛采用。通常变频调速控制都是针对定子回路的。而高压电动机定子电压一般都在6kV或者10kV,采用6kV或者10kV的高压变频器,需要解决元件耐压问题、矢量控制问题,技术难度大、可靠性低、价格昂贵。经过考查论证。确定采用一种新型的变频控制技术—— 压绕线电机转子变频技术。它将高压电机定子侧短封。使用通用性低压矢量控制变频器。对电机转子送电,来实现高压电机的变频控制。该控制系统采用专利技术生产的TKD-ZBP-PLC转子变频凋速电控系统,同时保留原系统的高压换向及转子电阻切换系统作为备用,二者可以随时转换。改造后转子变频系统实现半自动运行:司机在绞车启动时一次推出主令手柄和闸制动手柄,绞车自动加速、减速、爬行、停车。司机只需在停车定位时,进行施闸定位和主令换向的操作,而在提升行程中只需要监控。

2 改造过程

2.1 施工前准备工作

(1)提前派技术人员去厂家培训,参与设备的调试与验收．熟悉电气控制的原理。

(2)到货后矿方与厂家根据发货清单验货,确保改造设备齐全完好,主要部件有操作台、PLC柜、TKD-F200辅助电源柜、TKD-F600变频电源柜、TKD-ZL整流柜、TKD-NB逆变柜、KYGC-Z630A/6kV高压真空开关柜、高压转换柜、6000／480变压器(包括散件、备件)、控制线等。

2.2 施工方案及步骤

(1)为不影响人员上下井,要求施工人员在不影响正常开车的情况下,利用每天下午2h检修停车时间,提前对照图纸查线号、对线号。在不影响开车的情况下,先把新操作台墩到旧操作台一侧,5块柜体在电控室就位,再敷设控制电缆接线。敷设高压电缆。

(2)安装新6000/480变压器、新高压开关柜、新高压转换柜。

(3)新操作台就位、连接高压主线、低压控制线进行编程、调试,系统试运转正常后投入运行。

3 变频系统调试数据

(1)加速段。

加速时间30s,加速度0.13m/s2。

(2)等速段。

交锋点半速通过．速度1.9m/s,交锋点位置514m。

(3)减速段。

减速点距离井口35m,减速时问14s,减速度0.2m/s,爬行距离9m。

(4)安全保护数据设定。

GS]2等速过速保护:PLC数据设定为等速速度的15%,对应实际速度为v=3.8×115%=4.37(m/s)。

GSJl限速保护设定:超出给定速度10%动作。

深度指示器断轴及测速发电机欠压保护:由FMl、FM2计数比较,行程相差10m,DJl吸合。保护动作。

接近井口定点限速保护:距离井口20m,检测速度,速度不得高于3.02m/s;距离井口l0m处。再次检测速度,速度不得大于1.92m/s;距离井口5m处,第三次检测速度。如果速度大于1.24m/s,安全回路跳闸。

制动油泵过压保护:制动油过压保护使用液压站接点。动作值设定在6MPa,油压超过设定值保护动作。

油欠压、油路超温保护:油压欠压设定为0.16MPa。油压低于设定值或者油压超温,运行中允许一次开车。停车时不能送电。

减速点:数字减速点设置在距离井口35m处,减速距离约为26.6m．减速度为0.27m/s2,最短爬行距离8.4m。

提升行程校准:操作台显示的提升行程是由测速发电机轴和深度指示器轴连接的轴编码器计数值计算得出。如果绞车进行车绳槽或者换绳检修会导致深度显示变化,此时需要人为校准行程。具体操作办法是:一是绞车由正向停车位置提升到反向停车位置,保证开关可靠动作;二是将方向解除K旋转90°,同时按住路程、速度数字显示表上的“设定”和“F1”键超过3s,路程数值变成l028m。

4 改造效果分析

(1)安全可靠性、投资少:变频器使用恒转矩矢量控制方式,速度闭环特性良好、正力和负力提升速度图基本相同,即使比较大的负力情况,也不会发生超速现象,提高了系统安全可靠性。且与转子电压匹配的变频器额定电压低,电控装置投资低。

(2)提升效率:变频半自动运行,保证任意司机开车,提升时间基本保持不变,并且提升时间缩短。原系统单次提升运行时间平均为340s。变频提升的运行时间在310s以内,每勾减少运行时问30s。

(3)节电效果:变频提升节电效果显著,原系统每天提升用电量平均为1500kWh,使用变频提升时,负力下放能量回馈、减速制动段能量回馈、慢速提升降压降额。节电效果十分显著。目前每天提升勾数基本不变,每天用电量平均为400kWh,可实现年节电40万kWh。

(4)功率因数:变频驱动的电机功率因数一般都在0.95以上,更高的功率因数降低了电机输入电流,减少了路耗的同时,电机温度也大幅下降,系统改造前2007年11月1日记录数据显示全天电机平均温度40℃,应用变频提升电机平均温度33℃,平均温度下降7℃．延长了电动机的使用寿命。