四象限高压变频器在绞车电控上二拖二的应用

董应征

(河北拓金矿业有限公司太行铁矿，河北 沙河 054000)

四象限高压变频器在绞车电控上二拖二的应用

董应征

(河北拓金矿业有限公司太行铁矿，河北 沙河 054000)

绞车提升是矿业生产中最重要的运输设备，河北太行铁矿的主井绞车和副井绞车在改造前，均采用转子串电阻的调速方式，这种调速方式属高耗能方式，属于国家煤矿安全监察局限时淘汰设备，为了满足安监局要求，降低企业运行成本，改变现场工作环境，推广新技术，确定进行变频调速改造。太行铁矿主井绞车和副井绞车采用同样的机械系统，在改造过程中，采用两台变频器拖动两台绞车的二拖二互为备用的模式，提高了运输系统的可靠性和安全性。

绞车调速；四象限变频器；二拖二互为备用

1 概 述

河北拓金矿业有限公司太行铁矿，设计生产30万t/a的铁矿石，运输系统采用竖井提升，主井井深478 m，副井井深515 m，井筒直径为5 m，主机滚筒直径均为3.0 m，电机均为10 kV 500 kW电机，改造前均采用转子串电阻的方式调速(表1)。

2015年7月份根据河北省安监局关于绞车变频调速的要求，要求生产矿井，对现有的提升机电控进行必要的设备升级，不能再使用转子串电阻的调速方式，必须使用PLC电控，并且要求电控设备为一用一备的方式，拓金矿业公司决定对两套绞车采用变频调速改造，更换全部的电控系统。为了满足安监局一用一备的要求，并且能够节约资金，减少投资，因为主井和副井的机械和电机是相同的，采用了两套电控系统互为备用的模式，提高了整个系统的可靠性和安全性。这样，既满足了安监部门关于安全的系统要求，同时又降低了企业的投资成本。

2 互为备用的电控系统

在改造变频电控时，把主井提升机电控系统和副井提升电控系统整体考虑，统一设计为驱动两台电机的两台变频器为二拖二互为备用，除变频器以外的电控系统各自独立控制主井绞车和副井绞车的模式。电控系统本身均采用双PLC冗余配置，在主PLC本身故障时，副PLC可以替代主PLC工作，完成提升循环，并且电控系统还有应急提升模式；采用变频器互为备用的方式，在单台变频器故障时，可以通过系统切换把另外一台变频器切换至故障变频器回路，替代故障变频器完成提升循环。

表1 提升系统主要技术参数

采用这种二拖二互为备用的方式，极大的提高了提升系统的安全性，保证了在某一台变频器故障时，能完成应急的提升循环。

2.1 一次系统说明

一次系统为两套独立的变频电控系统，通过切换柜把变频器的输出联系起来，在变频器故障时可以切换使用。正常运行时，切换柜的Q1和Q2闭合，Q3断开；Q4和Q5闭合，Q6断开，东芝三菱的TMdrive-MVe2变频器拖动主井电机运行，利德华福的HAR3000变频器拖动副井电机运行。假设利德华福的HAR3000故障，使用东芝三菱的TMdrive-MVe2应急拖动副井电机，则Q2和Q4断开，Q1、Q3、Q5和Q6闭合，用东芝三菱的TMdrive-MVe2变频器拖动副井电机运行，这样既能保证故障变频器检修时下口具有明显断点Q4，也能保证主井电机上口有明显断点Q2，即能满足互为备用的操作，也能保证系统检修的安全性。反之，假如东芝三菱的TMdrive-MVe2故障，使用利德华福的HAR3000变频器应急拖动主井电机，则Q1和Q5断开，Q2、Q3、Q4和Q6闭合，用利德华福的HAR3000变频器拖动主井电机运行。一次系统图见图1。

2.2 控制系统说明

因为控制系统安装在不同的绞车房，不能互为备用，所以电控系统必须通过不同的信号能分时控制两台不同的变频器，这就需要变频器的控制信号和反馈信号在不同的电控之间切换。

变频器的控制信号和反馈信号通过电控系统PLC相互传递，在电控操作台上，有相应的转换开关，并且通过继电器对开关量信号隔离，保证信号的可靠性；速度传感器的信号直接通过转换开关转换。信号的转换见图2。

图1 一次系统图

图2 主、副井之间的控制信号的转换

2.3 变频器说明

主井采用了东芝三菱TMEIC的变频器，变频器型号TMdrive-MVe2-800kVA-10kV/10kV[1]，副井采用了利德华福的变频器，变频器型号为HAR3000-890-1010F[2]，这两款变频器均为单元串联多电平结构的电压源型的四象限变频器，均具有制动能量回馈电网的功能。考虑到用户未来为了提升生产能力，需要更换更大的绞车，同时电机功率升级至630 kW，两台变频器都预留了足够的余量和过载能力。

3 实际使用情况

现场在2015年7月半停产状态改造主井提升机电控系统，拆除了原来转子串电阻控制系统，改造了电气室，按着变频器和新的电控系统盘柜的要求，重新布置了电缆沟。安装编码器时，在电机非驱动端的轴承座圆壳上打孔，轴端通过焊接方式安装编码器小轴。编码器的装配见图3。

图3 编码器的装配

在主井改造调试完成后，开始半停产改造副井变频驱动电控系统，由于在主井改造过程中获得了经验，副井的改造过程较为顺利，唯一的问题是变频器尺寸较大，需要打通了原来安装电阻的电气室和安装开关柜电气室的隔断墙，将非承重墙拆除一部分，才能达到安装变频器的目的。

3.1 改造前情况

改造前，系统采用两套独立的电控系统，均为转子串电阻调速，在负载启动加速阶段，由电机拖动，通过闸和电机共同控制负载的转速；在减速阶段，同样通过电机和闸共同制动来减速，这样在整个调速阶段，闸都不同程度的参与了调速，造成闸瓦磨损迅速，需要定期调整闸间隙，才能保证系统可靠刹车。电控系统采用真空接触器换向并通过低压接触器切换电阻，因为动作频率比较高，所以接触器故障较多，经常造成系统停机，维护工作量大。低压电阻因为发热严重，偶尔也有烧坏的情况出现，一旦电阻烧坏，需要冷却后才能更换新的电阻，一般停机时间比较长。以上几种情况，造成整个电控系统可靠性不高，每月因为这些问题停机一到两次都是比较正常的，且停机时间均比较长，一般都要停机一直两个小时才能完成故障处理。

3.2 改造后的情况

改造完成电控系统互为备用的方式后，现场做了系统可靠性验证试验，人为制造副井驱动故障，造成副井系统停机，通过切换系统把主井驱动切换到副井电控系统里，顺利完成副井提升循环；同理又验证了把副井驱动切换到主井电控系统里，完成主井提升机循环。通过经过多次试验，证明系统完成了改造前预期的效果。系统改造后，不但完美的实现了安全要求，而且还带来如下几点好处[3-6]。

1)变频器调速为无级调速，调速更平滑，降低了对机械系统的冲击，减少机械疲劳，提高了系统的可靠性。

2)变频器调速在加速和减速过程中，均不需要抱闸配合控制速度，减小了抱闸的磨损，提高了系统的可靠性。

3)变频器的加速和减速均为程序控制，一致性非常好，减少了系统循环周期；运行一段时间后，改成全自动开车，提升了提升效率。

4)变频器在整个调速过程中变频器是按着机械系统需求输出能量，没有转差功率浪费在电阻上，在减速和下放过程中，机械能转化成电能回馈电网，降低系统能耗。经过6个月记录电耗，并和去年同期产量数据对比计算，平均节电率在40%以上。

5)变频器可靠性比较高，而且维护简单，一般性故障10 min以内都能处理完成，提高了系统的利用效率和可靠性。

4 结 语

经过几个月的运行，参考设备厂商的意见，两台绞车已经全部改成全自动运行。全自动运行，程序控制，提高了操作的一致性，降低了人工误操作造成的系统停机，提高了系统的可靠性；全自动运行，降低了绞车工的工作量；变频器维护简单，降低了维护工的工作量；提升周期一致性好，提高了提升效率；变频器运行，节能降耗，降低了提升电耗，按着月平均节电乘以12计算，年节约电费近45万元，按着设备20年运行寿命核算，在设备生命后期的1/4～1/3时间就全部收回投资，给企业带来效益的时间达2/3～3/4的时间。

因为两台绞车参数一致，所以可以做两台变频器互为备用的，通过互为备用的回路方式，提高了整个提升系统的可靠性，降低了设备故障带来的运营风险。若两台电机功率相差较大，不宜采用互为备用的方式。

[1] 东芝三菱电机工业系统(中国)有限公司. 节能中压变频器TMdrive-MVe2系列[R]. 2016.

[2] 北京利德华福电气技术有限公司. HAR3000系列高压变频器产品目录V1.0[R]. 2014.

[3] 曹永刚，邵贤强, 李羽, 等. TMdrive-MVe2 高压变频器在本溪思山岭铁矿 1800kW/10kV 矿井提升机上的成功应用[J]. 中国矿业, 2015，24(7): 149-151, 156.

[4] 马永健，王钢. HARSVERT-FVA系列高压变频器在煤矿提升机的应用[J]. 变频器世界，2009(6): 62-67.

[5] 袁果. 高压变频器在矿井提升机上的应用[J]. 变频器世界，2011(8): 87-90.

[6] 刘福涛. 高压变频器在越南矿井提升机上的应用[J]. 变频器世界，2011(10): 86-89.

The application of high voltage four quadrant VFD on the hoist electric control system two sets driver two motors

DONG Yingzheng
(Hebei Tuojin Mining Co., Ltd., Taihang Iron Mine,Shahe 054000, China)

Hiost is one of the most important transport equipment in mine production.The main shaft and auxiliary shaft hoist of Taihang iron mine before modification. It was motor rotor series resistance speed governing way, which is high energy consumption. Due to the technique is out of state administration of work safety requirements, the field change it into VFD control technology.Since main shaft and auxiliary shaft hoist machine using the same equipment, the hoist applied electric control system-two sets driver two motors standby each other model to improve the reliability and security of the transportation system.

hoist speed adjustment; four quadrant VFD; two sets driver two motors standby each other

2017-01-11

董应征(1954-)，男，机电工程师，中专学历，1970年参加工作，从业于冀中能源股份有限公司，现任河北拓金矿业有限公司副总经理，主管机电工作。

TD53

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1004-4051(2017)04-0166-03