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浅谈国土资源部限制使用 矿井提升直流电机的解决方案

2017-12-19 11:02:47 刘家毅 销售管理中心 点击数:

一、引言

    矿用提升机是矿山的重要设备之一,是联系井下与地面的主要运输工具,主要用于煤矿、金属矿和非金属矿中提升煤炭、矿石、升降人员、下放材料、工具和设备等。而提升机电控装置的技术性能,直接影响矿山生产的效率及安全,又代表着矿井提升机发展的整体水平。因此,要求矿井提升机拖动系统具有安全可靠、运行高效且定位准确的能力。

    为促进矿产资源的节约与综合利用,加快转变资源利用方式和矿业发展方式,国土资源部于2014年12月26日发布了国土资发〔2014〕176号文件《矿产资源节约与综合利用鼓励、限制和淘汰技术目录》,文件中明确规定了限制使用矿井提升直流电机,原因是矿井提升电机直流调速系统结构复杂,维修费用高,电机结构较交流电机复杂,能耗高等缺点。目前仅允许在小型矿山使用,并逐步淘汰。

二、直流电控的解决方案

    由于直流电动机有优良的控制性能,其机械特性好。此外,直流电动机还有起动转矩大、调速性能好、调速范围广、无极调速、动态特性好等特点,所以在很长时间里被大量应用。但直流电控也具有以下缺点:1)直流电动机的结构复杂,成本高,并且直流电机电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花,使直流电动机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。2)直流电控设备种类多有高低压开关柜、整流变压器、励磁变压器、直流调速柜、励磁调节柜、主控制台、平波电抗器、直流快开等,占地面积大,结构复杂,故障环节多。3)直流电机多采用外置励磁,励磁回路的供电非常关键,因为直流电动机不能弱磁,一旦弱磁,电动机速度会升高,转速高于电动机的额定速度,有可能造成飞车,带来安全隐患。

    直流电动机正是因为存在以上这些缺点,所以国土资源部才下发了限制使用直流电动机的规定,但是有什么办法能解决既不使用直流电动机,又能达到直流电动机控制系统具有的机械特性硬、启动力矩大、调速性能好的优点呢?答案是采用提升机交流高压变频电控系统。

    随着高压变频技术和自动控制技术的成熟和发展,改变提升机电控系统原有的调速方式已成为可能。焦作华飞电子电器股份有限公司是专业的提升机电控生产厂家,是国家级高新技术企业,是国内最早将矢量控制型四象限高压变频器应用到矿井提升机上的厂家。华飞公司生产的GBP系列高压变频器采用功率单元串联、叠波升压技术,是当今高压变频器的成熟技术,具有很高的可靠性。

    华飞公司生产的高压变频器电压等级有3kV、6kV或10kV,单机功率最大为5000kW。该系统采用了具有AFE活跃前端能量回馈特性的四象限变频器,直接驱动鼠笼电动机,具有类似或优于直流电动机的优良机械特性,不仅提升工艺过程优良,具有启动力矩大,过载能力强、调速范围宽等优点,而且节能效果显著,使得整机效率大大提高,逐渐成为现代化矿井提升机电控的新型替代产品。高压变频电控具有以下特点:1)设备数量少,只需要主控制柜、高压变频柜、高压开关柜和低压电源柜,设备配置简单,占地面积小。2)采用交流电动机,结构简单,运行可靠,维护量少,维护简单,价格低廉。3)机械特性好,具有很强的过载能力,能保证低速满负荷提升。4)系统启动平稳,无冲击,降低了电机的噪音和故障率,实现系统的软启动,软停止。5)节能效果明显,大大降低了用电量,节约了运输设备对电能的损耗。6)高压变频器谐波畸变(包括电压和电流)小,满足国家谐波抑制标准,不影响同一电网上其它设备的正常运行。因此采用提升机高压变频电控完全可以取代直流电控。

三、现场应用案例

    华飞公司自2005年第一套提升机高压变频电控投运以来,经过了十余年的发展,目前已有数百套电控在现场运行。高压变频电控既可以用于老交流电控的改造,也可以用于新矿井安装。

1、应用案例一:

    山西中阳荣欣焦化有限公司是保利能源公司山西分公司旗下的子公司,荣欣公司高家庄煤矿属于山西省煤炭主体企业,设计年产300万吨,服务年限为60年。高家庄矿主井提升机现场有两台电动机进行驱动,电动机型号为YR560-10,功率为2×630kW,电压6000V,属于交流绕线式电机转子串电阻调速方式,由于此类电控具有调速方式效率低、调速精度差、稳定性低、耗能大、启动电流冲击大等问题,将逐渐被淘汰。改造时将现有的电机转子串电阻调速改为定子侧高压变频调速,将电机转子短接,高压变频器向电机定子送电,达到变频调速的效果。系统设备配置图如下:

设备配置图 

2、应用案例二:

铜辉矿业公司位于新疆喀什地区伽师县西克尔镇拜什塔木,由山东招金矿业股份有限公司控股。铜辉矿业西风井提升机使用的是交流绕线式电机转子串电阻调速方式,电机型号为YR630-8,功率为630kW,电压AC10kV,供电电源为双回路,电压为10kV。由于此类电控存在着功率因数低、调速性能差、能耗大及可靠性差等的缺点,实现不了理想的控制效果,因此需要进行改造。

本系统改造时,保留了原有交流串电阻电控系统,新增一套高压变频电控,正常提升时采用高压变频电控,老系统作为备用,两套系统的切换时间不超过5分钟,大大提高了系统的可靠性。系统设备配置图如下:


设备配置图 

3、应用案例三

当现场电动机的功率比较小时,如果采用高压变频电控则价位有些高,改造的时候,采用提升机低压变频电控也是不错的选择。

漂塘钨矿位于赣州大余县境内,隶属于江西钨业集团有限公司。矿山于1954年建矿,是以钨、锡、钼精矿为主产品的国有中型有色金属采选企业。矿山采选技术装备、劳动生产率、资源的综合利用水平居目前国内同类矿山领先水平,年采掘能力达60万吨,年钨产出能力达1400吨。现场盲立井的电动机型号为JR137-8,额定功率为210kW,电压为380V,电流398A,转速730r/min,现场采用一套提升机四象限低压变频电控。系统设备配置图如下:

设备配置图

四、总评

华飞公司生产的提升机高压变频电控以其技术先进、性能稳定、安全可靠、节能环保、机械特性好、启动力矩大、调速连续平稳等显著优点,提高了矿井提升系统的安全性和可靠性,为矿方带来了可观的经济效益和社会效益,深受用户好评。提升机高压变频电控同样具有直流电控的优点,因此采用提升机高压变频电控取代直流电控是非常切实可行的方案。 

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