斜井变频技术改造与节能应用

盖盛源贾晓鹏金鹏生

摘要：新城金矿主斜井原有系统为转子串电阻调速，低速下放需磨刹车片才能降到需要速度，调速性能不佳，造成减速机冲击磨损严重，钢丝绳寿命缩短，能源浪费严重。准备利用现有的闲置变频器进行改造，经分析变频器完全可以匹配主斜井电机，只要增加一套回馈单元，就可实现四象限调速运行，节省大量电能，并能够减少设备磨损，延长钢丝绳使用寿命，提高提升效率，实现设备自动运行。

关键词：天轮组；提升机；竖井

一、前言

新城金矿主斜井提升机原电控系统为绕线式异步电动机转子回路串电阻的调速方式，采用多档位有级调速，提升机在加、减速过程中速度调节呈跳跃式变化，调速平滑性差，对钢丝绳及机械设备冲击磨损较大，钢丝绳更换周期短，联轴器、减速箱等机械设备磨损严重，尤其是该调速方式电能损耗大，提升机在加减速过程中需不断串联或切除转子回路电阻达到调速的目的，转子电流流过所串电阻消耗极大的电能产生的多余的热量，另外，矿车在下放过程中产生的电能无法回馈至电网，全部消耗在外串电阻发热上，电能浪费严重，效率较低。此调速系统为高能耗淘汰禁用设备，因此，我矿决定对主斜井提升机电控系统进行变频调速技术改造。

二、改造方案对比分析

（一）方案一：

将闲置变频器进行除尘后，让厂家检测一下性能，看是否满足该提升系统性能要求。根据负载情况配置回馈单元。

原来的主电机不进行更换，将转子滑环连到一起，并设法在电机尾端安装编码器，若按不上编码器，可采用变频器内部反馈实现闭环控制。变频器增加DP通讯模块，与主控PLC实现通讯。

控制系统采用现有扑车网控制系统上用的S7-300PLC，本此系统改造将扑车网系统与提升机控制系统融为一体，将原有操作台PLC拆除，增加西门子IO子站模块，子站与主控PLC采用DP通讯，原有主控柜的PLC也拆除，增加西门子S7-300PLC（原来的扑车网系统应用的plc）根据实际情况增加IO模块。

操作台增加调速电阻，以及模式选择开关。增加一台触摸屏显示扑车网情况以及提升机运行参数、标高及速度情况。操作台增加电子监控器，采用S7-200PLC。两个中段增加信号箱，采用DP子站，控制扑车网及信号系统。

（二）方案二：

只更换变频器及增加回馈单元，控制系统略加改动，操作台上增加滑动变阻器对变频器进行调速，原有调速手柄功能进行改动，只保留三种模式速度，爬行、手动定速、全速。对原有的PLC控制程序进行改动。变频器控制采用硬接线控制。速度反馈采用内部反馈。

（三）方案比较：

第一种方案投资多一点，但仅多了7~8万元。改造比较费时费工，整个系统需要重新配线。优点：结构比较清晰，排查故障比较容易，能够实现自动化。可实现无人化操作。

第二种方案投资少，改造省事。但原系统结构复杂，互为独立，故障查找困难，只能实现手动控制。

综合考虑，采用第一种方案。

三、具体施工改造的工艺流程

1、设计主回路硬件设备配置，利用了闲置的变频器，改造了主电机转子回路接线方式，购置了电能回馈装置，新增了电子监控PLC，成功完成了技术改造，大大减少了技术改造投资费用。

2、开发编制了PLC控制及安全保护程序，实现了提升机运行过程中自动加、减速功能，大大减少了操作人员的劳动强度。

3、完成了提升系统软硬件的安装调试，将提升机下放过程中产生的电能回馈电网，完全切除了提升机在加减速过程中串联电阻的电能损耗，切实实现了节能降耗，经测算吨矿电耗下降了50％左右，取得了良好的经济效益及安全效益。

4、实现了提升机加、减速过程中的平滑无级调速，改变了原有调速系统加减速过程中对机械设备的冲击磨损，延长了钢丝绳使用寿命，减少了机械设备的备件损耗。

四、改造的国家标准及规范、规程等

1、《机械设备防护罩安全标准》（GB8196-2003）自2003年9月1日起实施。

2、《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2006）自2006年9月1日起实施。

3、《矿井提升机和矿用提升绞车安全要求》（GB20181-2006）自2006年10月1日起实施。

4、《生产过程安全卫生要求总则》（GB12801-2008）自2009年10月1日起实施。

5、《矿山电力设计规范》（GB50070-2009）自2009年12月1日起实施。

6、《供配电系统设计规范》（GB50052—2009）自2010年7月1日起实施。

7、《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-2011）自2012年6月1日起实施。

8、《有色金属采矿设计规范》（GB50771—2012）自2012年12月1日实施。

五、改造后的应用效果及经济效益

一、经济效益：

1、主斜井提升机变频技术改造于2018年9月19-20日结束，根据主斜井电量与提升矿量统计数据计算，改造前吨矿电耗平均为：0.278542798度/吨，改造后吨矿电耗平均为：0.141424892度/吨，吨矿电耗下降了0.2785-0.1414=0.1371度/吨，吨矿电耗下降了50％左右，2018年9月-2019年8月主斜井提升矿量107745吨，按照该提升量计算11个月节电107745*0.1371=14771度，节约电费：14771*0.72=10635.76元。

2、钢丝绳更换周期原来为6个月，现为12个月，年节约购置费用1.8万元，减速机由于原调速系统平滑性差，运行中异响大，齿轮磨损严重，已达到使用更换期限，车间拟购置备件进行更换，改造后运行平稳无异响，延长了使用寿命，节约减速机更换备件费用10万元左右。

累计经济效益：年节约电费+钢丝绳备件费用+减速机备件费用=10635.6+18000+100000≈12万

二、社会效益：

本次提升机变频调速技术改造是我矿电气技术人员第一套自主完成的自动化调速系统，自主设计，自主安装调试，自主编制PLC控制及安全保护程序，安装调试过程中使电气人员的技术水平和操作技能得到了较大的提高，收到了良好的经济效益及安全效益。

参考文献：

[1]解志勇.提升机变频调速改造的应用效果分析[J].河北企业.2018（07）

[2]马小飞.变频调速技术在煤矿提升机上的应用[J].内蒙古煤炭经济.2018（06）

[3]刘毅红，敬华兵.冗余PLC控制变频调速系统在矿井提升机中的应用[J].控制与信息技术.2018（01）

[4]谢冬冬，韩崇安.矿井提升机变频调速控制系统[J].山东工业技术.2018（01）