現(xiàn)代礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

中國礦業(yè)大學(xué)

August，2012

礦山大功率提升機(jī)電力傳動(dòng)礦井提升機(jī)是礦山企業(yè)的大型機(jī)電設(shè)備之一,它在生產(chǎn)過程中擔(dān)負(fù)著礦物的提升、人員的上下、材料和設(shè)備的運(yùn)送等任務(wù)，起著非常關(guān)鍵的作用，同時(shí)也是礦山電力傳動(dòng)最復(fù)雜的系統(tǒng)。我國現(xiàn)有的礦井提升機(jī)按主提升電機(jī)分類主要有：直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)；繞線電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)；鼠籠電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)低速同步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)

礦井提升機(jī)電力傳動(dòng)特點(diǎn)礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)是礦山電力傳動(dòng)設(shè)備的典型代表功率大，從幾百千萬到5MW要求四象限運(yùn)行，滿足上升下降、加速減速的要求高可靠性運(yùn)行速度高達(dá)15m/s提升十幾噸到幾十噸重物，行程內(nèi)必須準(zhǔn)確加、減速和精確停車(±1cm/1km)當(dāng)故障時(shí)，必須可靠停車，保障安全。國內(nèi)礦山電力傳動(dòng)裝備現(xiàn)狀第一代F-D驅(qū)動(dòng)模擬調(diào)速繼電器控制機(jī)械式深度指示第二代SCR-D驅(qū)動(dòng)模擬調(diào)速PLC控制機(jī)械式深度示SCR-D驅(qū)動(dòng)數(shù)字控制PLC控制數(shù)字深度控制第三代TKD驅(qū)動(dòng)變阻調(diào)速繼電器控制機(jī)械式深度指示TKD驅(qū)動(dòng)變阻調(diào)速PLC控制機(jī)械式度指示變頻驅(qū)動(dòng)數(shù)字調(diào)速PLC控制數(shù)字深度控制直流交流國內(nèi)主流國際先進(jìn)占總數(shù)的9.7%

電控效率<80%占總數(shù)的90%

電控效率<60%

電控效率>97%電機(jī)特性對(duì)比低速直流電機(jī)交流同步電機(jī)效率85-87%96-97%功率3000Kw不受限電機(jī)造價(jià)10.75轉(zhuǎn)動(dòng)慣量10.75維護(hù)量換向器、電刷無環(huán)境適應(yīng)性差好國內(nèi)礦山電力傳動(dòng)裝備現(xiàn)狀MΔYVdiaVdiaVLVdVdVLtta=150oa=120oa=90oa=60oa=30oa=0o直流拖動(dòng)系統(tǒng)國際上正逐步淘汰直流方案，歐美已經(jīng)停止大功率直流電機(jī)生產(chǎn)國內(nèi)礦山電力傳動(dòng)裝備現(xiàn)狀目前,我國礦山同步電機(jī)交流傳動(dòng)系統(tǒng)采用交交變頻交流提升運(yùn)行方式，可在一定程度上滿足提升系統(tǒng)的運(yùn)行要求，但其存在的突出問題卻不容忽視。

缺點(diǎn)：

1、輸出電壓諧波分量大，導(dǎo)致變頻器的輸出能力降低、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)加大，損耗增加，噪聲增大；2、在深控時(shí)功率因數(shù)極低，對(duì)電網(wǎng)注入大量諧波，需要附加濾波器進(jìn)行無功補(bǔ)償

諧波嚴(yán)重，治理困難，影響礦井電網(wǎng)質(zhì)量，對(duì)礦山其它用電設(shè)備造成不良影響。該方案已經(jīng)被西門子和ABB放棄。國內(nèi)礦山電力傳動(dòng)裝備現(xiàn)狀可控硅系統(tǒng)諧波29-40%功率因數(shù)0.02-0.7無功沖擊大逆變失敗可能國際提升機(jī)電力傳動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)大功率化

雙PWM交-直-交變頻傳動(dòng)將成為高性能調(diào)速系統(tǒng)主流

網(wǎng)絡(luò)化、智能化故障診斷等技術(shù)成為重要的輔助手段舊系統(tǒng)直流傳動(dòng)F-D直流：效率<80%，停車精度±20cm繞線電機(jī)TKD：效率<60%，無法準(zhǔn)確停車SCR全數(shù)字直流：效率>98%，停車精度±1cmSCR交交變頻：效率>99%，停車精度±1cm新系統(tǒng)雙三電平變頻調(diào)速：效率>99%，停車精度±1cm，低諧波、單位功率因數(shù)：

雙饋轉(zhuǎn)子變頻同步電機(jī)變頻鼠籠電機(jī)變頻交流傳動(dòng)國際第一代國際第三代（追趕）（超越）全數(shù)字控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化故障診斷技術(shù)大功率高性能變頻控制技術(shù)我國礦山電力傳動(dòng)的發(fā)展思路礦山電力傳動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)大功率雙三電平功率主回路設(shè)計(jì)通用型高性能全數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)高效三電平有源前端整流技術(shù)大功率電機(jī)高性能控制調(diào)速理論應(yīng)用高壓IGBTs的前沿技術(shù)HV-IGBTIGBT約5A約5A約6000A/sIloadIDG4A約800A約1000A/s門電流t(s)I(A)IGCT功率半導(dǎo)體比較高壓IGBTGTOHard-switchingGTO

(IGCT)門極觸發(fā)功率低 門極觸發(fā)簡單,

功率元件少

電流限制

無任何附加電路的

短路保護(hù)變頻器

門極觸發(fā)功率高門極觸發(fā)復(fù)雜,

功率元件多

無電流限制需附加電路的

短路保護(hù)變頻器(需輸出濾波器)勿需緩沖電路需附加緩沖電路需附加di/dt緩沖電路門極觸發(fā)功率高門極觸發(fā)復(fù)雜,

功率元件多

無電流限制需附加電路的

短路保護(hù)變頻器(需輸出濾波器)Back-to-Back雙三電平同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)示意圖1Back-to-Back雙三電平系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖四、交流提升機(jī)控制系統(tǒng)有源前端優(yōu)點(diǎn)一覽+-直流環(huán)節(jié)帶有源前端(AFE)的網(wǎng)側(cè)整流器0

再生回饋(4象限運(yùn)行)

可以補(bǔ)償網(wǎng)側(cè)供電電壓波動(dòng)

傳動(dòng)動(dòng)態(tài)性能高動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償3相.2.3-36kVAC50/60Hz有源前端-無功功率補(bǔ)償

利用逆變器的無功功率補(bǔ)償功能可使無功功率得到控制!中壓有功功率M再生制動(dòng)

電機(jī)無功功率容性無功功率

感性無功功率電網(wǎng)3相.2.3-36kVAC/50/60Hz有源前端-定速傳動(dòng)的無功功率補(bǔ)償高壓MM動(dòng)力電網(wǎng)有功功率有功功率感性無功功率容性無功功率補(bǔ)償可不加無功功率補(bǔ)償對(duì)聯(lián)接在電源線上優(yōu)化過的負(fù)載非常適合，因?yàn)槠渌嘭?fù)載的無功功率要求得到了補(bǔ)償。三電平PWM整流器電壓定向控制策略三電平有源前端

由實(shí)驗(yàn)波形可知，無論在能量饋入還是饋出的情況下，三電平整流器都能使直流母線電壓保持穩(wěn)定，網(wǎng)側(cè)電流正弦，且保證在電網(wǎng)接入點(diǎn)為單位功率因數(shù)。（一）大浮功率雙三攪電平功率備主回路設(shè)莊計(jì)大功率沃雙三電瞞平功率異主回路灑設(shè)計(jì)MW級(jí)功率無恢感母線的僅設(shè)計(jì)理論擠與技術(shù)功率單元頑熱控制技刑術(shù)功率變換兼單元電磁已兼容設(shè)計(jì)四、交虜流提升紋機(jī)控制崇系統(tǒng)3交-直-交同步提距升機(jī)變頻妨控制同步電伴機(jī)雙三啊電平定竟子變頻堤調(diào)速產(chǎn)盼品GTM韻-10幫0/2餃50（1MW/烤2.5M怎W）、GTM敵/50為0/1籃000（5MW器/10抹MW）由定子側(cè)攔控制系統(tǒng)拴和轉(zhuǎn)子側(cè)陰控制系統(tǒng)脂組成，其向中，轉(zhuǎn)子僅側(cè)：勵(lì)磁島柜；定子亂側(cè)包括：砌高壓柜、糧變壓器、悠電抗器、水整流柜、毒逆變柜、晝調(diào)節(jié)柜、PLC柜、上位周機(jī)、操作茅臺(tái)、低壓櫻配電柜等煙組成同步交大流提升善機(jī)三電股平變頻渾矢量控則制策略四、交晉流提升隸機(jī)控制墾系統(tǒng)4交-直-交鼠籠懲式提升餡機(jī)變頻沙控制鼠籠電機(jī)郊雙三電平墻定子變頻今調(diào)速產(chǎn)品：GYM-哪50/1棵00/2拌00（NPC三電平1MW恢/2M忽W、GYM-佛50/1駱00/2非00H（H橋三電平0.5M軟W/1M對(duì)W/2M拔W）；由高壓痛柜、變構(gòu)壓器、岸電抗器桶、整流桑柜、逆著變柜、誘調(diào)節(jié)柜律、PLC柜、上位漠機(jī)、操作臭臺(tái)、低壓搭配電柜等鞋組成。產(chǎn)品的榆結(jié)構(gòu)模材型四、交煙流提升昏機(jī)控制增系統(tǒng)5交-直-交雙饋式疏提升機(jī)變層頻控制繞線電機(jī)漫雙三電平之轉(zhuǎn)子變頻魯調(diào)速產(chǎn)品：GZM鋼-10嚇0/2想00（NPC三電平1MW都/2M伯W）、GZM-卡100/述200H（H橋三電平1MW/班2MW）由定子側(cè)萄控制系統(tǒng)匠和轉(zhuǎn)子側(cè)擺控制系統(tǒng)疤組成，其宏中，定子促側(cè)包括：弊高壓柜和罪換向柜；來轉(zhuǎn)子側(cè)由捉高壓柜、志變壓器、蛾電抗器、救整流柜、靜逆變柜、柱調(diào)節(jié)柜、PLC柜、上桑位機(jī)、仁操作臺(tái)乏、低壓唱配電柜世等組成田。雙饋電廟機(jī)全范險(xiǎn)圍調(diào)速促理論繞線電機(jī)釣轉(zhuǎn)子串電索阻TKD方式的最很佳改造方禽案國內(nèi)煤礦振高性能調(diào)匆速領(lǐng)域80%采用TKD方式為能耗續(xù)制動(dòng)方增式，系報(bào)統(tǒng)效率蓄低于60%實(shí)現(xiàn)了系弄統(tǒng)最大限宴度地降低兼了系統(tǒng)能病耗、擴(kuò)展這了調(diào)速范世圍、提高鉆了調(diào)速精鈴度、消除廟了機(jī)械沖滅擊，實(shí)現(xiàn)廁了高壓繞婚線電機(jī)高芽性能控制優(yōu)，從根本吐上解決宮了原有TKD系統(tǒng)存在神的問題。改造后覺節(jié)能超魔過20%，整體系提效超愉過30%，應(yīng)用幸前景極霜其廣闊職。雙饋調(diào)澆速方式諷原理圖TKD調(diào)速系統(tǒng)巨大的鋸電阻室×四、交流肯提升機(jī)控港制系統(tǒng)5交-直-交雙饋式殺提升機(jī)變犯頻控制礦用高鞭性能電幣力傳動(dòng)知裝備系彩列：雙饋式拖動(dòng)兆瓦級(jí)雙譯三電平變侮頻器變頻系涉統(tǒng)效率>99版%；功率等級(jí)押達(dá)到5MW；雙饋式調(diào)銹速系統(tǒng)可現(xiàn)達(dá)到6kV-送10kV；定子變頻場(chǎng)調(diào)速電壓380纖-33許00V；網(wǎng)側(cè)功率恒因數(shù)可達(dá)熱到0.9時(shí)9以上；網(wǎng)側(cè)無礎(chǔ)需諧波僵治理；實(shí)現(xiàn)了收礦山大圖功率電睬力傳動(dòng)筆的跨越竊式發(fā)展揪。同步機(jī)幼拖動(dòng)鼠籠機(jī)雖拖動(dòng)上位機(jī)及操作臺(tái)Internet操作保護(hù)PLC行程PLC閘控PLC液壓站卸載站PLC裝載站PLC高壓系統(tǒng)整流變壓器提升滾筒安全回路卸載站安全回路裝載站安全回路（繼電器組）全數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)UPS電源箕斗變頻提升系統(tǒng)雙饋電機(jī)定子雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子背靠背雙三電平功率系統(tǒng)兆瓦級(jí)雙伯三電平礦模井提升機(jī)犧變頻控制鍛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)窩圖三.礦山電伸力傳動(dòng)馳網(wǎng)絡(luò)化奧控制與適故障診萬斷技術(shù)以電力傳洋動(dòng)系統(tǒng)全校數(shù)字控制巡壽為基礎(chǔ)，何以工業(yè)以娃太網(wǎng)為紐輩帶，結(jié)合棟數(shù)據(jù)融合聚和控制信掩息容錯(cuò)技猾術(shù)，實(shí)現(xiàn)把對(duì)礦山提見升機(jī)、皮凝帶輸送機(jī)摧、風(fēng)機(jī)、巨水泵主要括電力傳動(dòng)我裝備的信榴息集成與文控制系統(tǒng)磨。水泵傳動(dòng)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)提升機(jī)傳動(dòng)皮帶傳動(dòng)--實(shí)現(xiàn)了諷礦山大抹型電力忘傳動(dòng)裝搜備由監(jiān)店視到控劍制的跨劣越三.礦山電力碰傳動(dòng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)化控制與耗故障診斷池技術(shù)基于CSCW技術(shù)，提劣出了多Agen述t進(jìn)行遠(yuǎn)睛程故障疏診斷的漫方法，樹建立了雞診斷知擔(dān)識(shí)庫、漠推理機(jī)霧，實(shí)現(xiàn)泥了Age晨nt之間通信匠和協(xié)作診救斷推理；納實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)躲絡(luò)化礦井拋提升機(jī)故績障診斷系扒統(tǒng)和運(yùn)行糕狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)責(zé)發(fā)布，提供故障徑預(yù)警和故掩障在線診宮斷功能，造大幅度提鋪升了礦山設(shè)電力傳動(dòng)枕系統(tǒng)的安尖全性。礦井交流沙提升機(jī)雙廚繞組同步你電機(jī)變頻活調(diào)速系統(tǒng)銜主回路實(shí)施效悼果本項(xiàng)目從2011年3月初開瓣始運(yùn)行討至今，層該系統(tǒng)印運(yùn)轉(zhuǎn)正敲常，并米且與老屯系統(tǒng)比睜較有以躬下優(yōu)點(diǎn)黑：1、一次劃提升循株環(huán)時(shí)間訪縮短，榨由原來些的108s縮短為96s，每勾歲節(jié)省時(shí)氣間約12s；每年矛可多提涼原煤78萬噸。2、由于調(diào)竟速方式改框?yàn)榻恢苯徽碜冾l調(diào)速壇，設(shè)備運(yùn)伍行平穩(wěn)，州噪聲小，蹲電機(jī)溫度讀比老系統(tǒng)醫(yī)使用時(shí)有公所降低；實(shí)施效果3、新系統(tǒng)鑰在電網(wǎng)接爬入點(diǎn)電流淺正弦，能登量方便地屈實(shí)現(xiàn)了雙么向流動(dòng)，忙系統(tǒng)在整隨個(gè)工況中鳳都運(yùn)行在弓單位功率合因數(shù)下，說完全消除春了無功沖耳擊；電壓諧波(%)電流諧波(%)功率因數(shù)A相0.993.15

0.9948B相1.173.46C相0.913.46實(shí)施效果4、新系馬統(tǒng)在滿忽載、全荷速工況鼻下，由煮國家電傲控配電草設(shè)備質(zhì)酒量監(jiān)督疤檢驗(yàn)中目心進(jìn)行擊檢測(cè)，勻下述為企檢測(cè)報(bào)們告結(jié)果謠；實(shí)施效般果5、運(yùn)轉(zhuǎn)敘安全可紗靠，保防護(hù)齊全驅(qū)、動(dòng)作多靈敏，栗故障判序斷準(zhǔn)確頃，故障震率低等啟特點(diǎn)。實(shí)施效果(性能對(duì)戚比)有功功率無功功末率老系統(tǒng)新系統(tǒng)實(shí)施效越果(性能對(duì)比)定子電吵流勵(lì)磁電流老系統(tǒng)新系統(tǒng)以邯鄲代云駕嶺乎礦為例劫：本項(xiàng)攤目從200常7年9月初開具始運(yùn)行冷至今，竭該系統(tǒng)疑運(yùn)轉(zhuǎn)正膚常，并相且與老哪系統(tǒng)比頂較有以旅下優(yōu)點(diǎn)保：1、一次提淋升循環(huán)時(shí)蜜間縮短，奏由原來的100口s縮短為75s，每勾辣節(jié)省時(shí)仿間約25s；2、由于蔬調(diào)速方突式改為歌轉(zhuǎn)子變刻頻調(diào)速觀，設(shè)備羽運(yùn)行平類穩(wěn)，實(shí)富現(xiàn)速度昌連續(xù)可喜調(diào)，電餅機(jī)溫度窩比老系排統(tǒng)使用斥時(shí)有所童降低且掃對(duì)系統(tǒng)巖機(jī)械沖晶擊?。凰?、交殲流提升穴機(jī)控制猾系統(tǒng)5交-直-交雙饋式臉提升機(jī)變額頻控制3、新系稱統(tǒng)在電疾網(wǎng)接入燃點(diǎn)電流猴正弦，慨能量方罩便地實(shí)嫩現(xiàn)了雙翁向流動(dòng)遲，系統(tǒng)淋在整個(gè)控工況中蝴都運(yùn)行旨在單位毅功率因及數(shù)下，憐完全消被除了無深功沖擊淺；四、交喇