大型礦井主井提升機(jī)直流傳動(dòng)雙電控改造

　　[摘 要] 棗礦集團(tuán)付村煤礦主井提升機(jī)采用交流-直流轉(zhuǎn)換供電方式，1 800 kW 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)提升機(jī)，原電控系統(tǒng)只有 1 套(2 個(gè))西門子 6RA70 整流裝置，通過安裝并成功調(diào)試直流傳動(dòng)雙電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了主井提升機(jī)整流裝置一用一備功能，提高了主井提升機(jī)的運(yùn)行效率和可靠性。

　　劉春濤; 吳濤; 楊海鵬; 劉強(qiáng); 劉勇劍， 能源技術(shù)與管理 發(fā)表時(shí)間：2021-08-25

　　[關(guān)鍵詞] 主井提升機(jī);直流傳動(dòng);雙電控;整流裝置

　　0 引 言

　　棗礦集團(tuán)付村煤礦主井提升能力為 270 萬 t/a，其運(yùn)行效率和可靠性關(guān)系到礦井經(jīng)濟(jì)效益。由于目前主井提升機(jī)的 6RA70 整流裝置技術(shù)含量很高，出現(xiàn)故障很難排除，一般采取更換備用整流裝置的方法。因其屬于大功率元器件，連接螺絲多，空間狹窄，整體更換 1 套整流裝置至少需要 3~4 h，排除故障時(shí)間較長(zhǎng)，直接影響主井提升效率。因此，提出傳動(dòng)雙絞車電控部件改造方案，采用中信重工自動(dòng)化研究所生產(chǎn)的直流傳動(dòng)雙電控裝置，并安裝調(diào)試成功，當(dāng)整流裝置出現(xiàn)故障時(shí)，只需 10 min 就可以切換到另 1 套整流裝置上，提高了主井提升機(jī)的運(yùn)行效率和可靠性。

　　1 設(shè)計(jì)方案

　　1.1 可行性分析

　　原主井提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)柜和勵(lì)磁柜，采用磁場(chǎng)恒定、電樞反向方式。其中，電樞為并聯(lián) 12 脈動(dòng)，主從控制，包含 2 臺(tái) 6RA70 直流裝置，型號(hào)為 6RA7095-4LV62-0，1 900 A;電機(jī)磁場(chǎng)供電來自主電樞裝置的勵(lì)磁回路;傳動(dòng)系統(tǒng)采用速度反饋，即電機(jī)軸端編碼器速度反饋，編碼器型號(hào)為 SBH8196-5MD;PLC 系統(tǒng)采用 S7-300 系列雙 PLC，1 臺(tái)為主 PLC，另 1 臺(tái)為從 PLC，主 PLC 負(fù)責(zé)提升機(jī)的主程序及系統(tǒng)管理。整個(gè)系統(tǒng)主從 2 個(gè)裝置相互監(jiān)視，從而確保提升機(jī)安全運(yùn)行。

　　現(xiàn)在增加 1 套 (2 個(gè))6RA80 整流裝置，和原 6RA70 裝置形成冗余結(jié)構(gòu)，互為備用，PLC 柜和電源繼電器柜不變，直流快開、電樞變壓器、電抗器等不變，且公用。增加切換柜以進(jìn)行新老整流裝置的切換，確保 2 套傳動(dòng)系統(tǒng)的獨(dú)立性、完整性和完全的電氣隔離。當(dāng)某套傳動(dòng)系統(tǒng)因故障需維修時(shí)，另 1 套傳動(dòng)系統(tǒng)可安全運(yùn)行，不影響生產(chǎn)。新傳動(dòng)裝置和控制 PLC 采用 PROFIBUS-DP 通訊方案，減少了不必要的切換控制線路。

　　1.2 具體設(shè)計(jì)方案

　　1.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)切換

　　(1)增加電樞調(diào)節(jié)柜 1 臺(tái)。包含西門子公司 6RA80 全數(shù)字直流調(diào)速裝置 2 臺(tái)，裝置型號(hào)為 6RA8095-4LV62-0AA0，1 900 A，并聯(lián) 12 脈動(dòng)，主從控制。

　　(2)增加功率切換柜 1 臺(tái)。2 套傳動(dòng)系統(tǒng)的交流進(jìn)線分別來自 2 臺(tái)整流變壓器，通過切換開關(guān)分別接入 2 套傳動(dòng)裝置。切換方式為手動(dòng)切換，切換開關(guān)基本參數(shù)為 AC 800 V、2 000 A。

　　(3)2 套傳動(dòng)裝置直流輸出，通過切換開關(guān)接入電機(jī)。切換方式為手動(dòng)切換，切換開關(guān)基本參數(shù)為 DC 800 V、3 000 A。

　　(4)2 套勵(lì)磁回路進(jìn)線來自柜內(nèi)的單相勵(lì)磁變壓器，通過各自的空氣開關(guān)控制勵(lì)磁電源，勵(lì)磁的輸出通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)切換。

　　(5)傳動(dòng)系統(tǒng)采用編碼器反饋方式，編碼器脈沖通過分頻板分為 2 路脈沖，分別接入 2 套傳動(dòng)系統(tǒng)(分頻板最大工作頻率 250 kHz)。

　　1.2.2 控制回路切換

　　(1)主控系統(tǒng)對(duì) 2 套傳動(dòng)系統(tǒng)的控制采用相互獨(dú)立的方式，不存在硬件線路交叉。原傳動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)采用硬接線方式，保持原系統(tǒng)不變;新傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)主要采用 PROFIBUS-DP 通訊和部分硬接線方式。

　　(2)新傳動(dòng)系統(tǒng)的控制和監(jiān)視采用 PROFIBUSDP 通訊方式，主要開關(guān)量有：裝置的啟停命令、使能命令、啟停狀態(tài)、使能狀態(tài)以及故障狀態(tài)等;主要模擬量有：主控速度給定以及傳動(dòng)系統(tǒng)的電流、速度反饋。通訊程序和對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制需增加新的 PLC 軟件功能塊，不增加硬件模塊。

　　(3)新傳動(dòng)系統(tǒng)的反饋觸點(diǎn)，如輕故障、風(fēng)機(jī)運(yùn)行、裝置啟動(dòng)等反饋觸點(diǎn)直接接入 PLC 備用 DI 口，需現(xiàn)場(chǎng)接線。

　　(4)操作臺(tái)電樞電流表、勵(lì)磁電流表信號(hào)采用來自 2 套傳動(dòng)系統(tǒng)切換后回路共用的分流器。電樞電壓表來自切換柜中切換后直流回路電壓檢測(cè)。所以儀表不需要進(jìn)行切換。

　　(5)安全回路中的傳動(dòng)系統(tǒng)重故障反饋觸點(diǎn)，采用切換方式。

　　(6)控制回路不存在硬件線路切換，可減少控制系統(tǒng)的線路復(fù)雜性，同時(shí)減少改造時(shí)的硬件接線和后期的大量維護(hù)工作。

　　(7)控制回路的切換通過軟件 PLC 程序?qū)崿F(xiàn)，傳動(dòng)系統(tǒng)的控制采用 PLC 通訊方式。

　　(8)PLC 控制系統(tǒng)對(duì) 2 套傳動(dòng)系統(tǒng)切換，通過操作臺(tái)備用旋鈕選擇實(shí)現(xiàn)，可選擇原傳動(dòng)系統(tǒng)和新傳動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)主回路必須切換。

　　2 安裝調(diào)試期間存在問題

　　(1)新設(shè)備調(diào)試期間與 PLC 通訊不正常。其原因是在 PLC 上檢測(cè)不到傳動(dòng)裝置，故障診斷時(shí)顯示傳動(dòng)裝置組態(tài)未知，認(rèn)為是通訊線未連通。

　　解決方法：更換操作臺(tái) DP 通訊接頭后發(fā)現(xiàn)仍有通訊問題，經(jīng)檢查通訊線，發(fā)現(xiàn)有些線在壓接時(shí)并未將通訊線外皮清除干凈，重新將接線位置的通訊線外皮剝除并壓接后，通訊故障排除。

　　(2)新傳動(dòng)設(shè)備調(diào)試期間不能驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其原因是參數(shù)設(shè)置后無電流輸出，裝置報(bào) F60031(設(shè)定反饋偏差大)故障，分析認(rèn)為是參數(shù)在互鎖中存在問題，重新檢查參數(shù)后，裝置轉(zhuǎn)矩互鎖不正確。

　　解決方法：修改參數(shù)后做試驗(yàn)，現(xiàn)象有所改善(將串口通訊改為端子通訊)，但未達(dá)理想狀態(tài)，將裝置恢復(fù)至出廠狀態(tài)，重新設(shè)置參數(shù)后故障解除。

　　(3)老裝置接通系統(tǒng)后報(bào)編碼器故障。其原因是編碼器信號(hào)沒有傳到裝置，懷疑是編碼器信號(hào)在傳輸過程中有斷線或者接線錯(cuò)誤。

　　解決方法：檢查編碼器接線，發(fā)現(xiàn)在編碼器分線箱中，編碼器至分線箱端子接線正確，指示燈指示正常，但裝置接線端子處指示燈不亮，接收信號(hào)檢測(cè)不到電源，確定分線箱中編碼器進(jìn)線有電源而分路中沒有電源，將分線箱中電源模塊電源(5 V)引至分路中，故障現(xiàn)象消失。

　　(4)新老系統(tǒng)切換狀態(tài)不正常。其原因是閉鎖反饋回路連線有交叉或線路間有短接。

　　解決辦法：檢查切換閉鎖回路各反饋繼電器動(dòng)作正常，檢查連線號(hào)正常，檢查每個(gè)柜內(nèi)接線正常，檢查 C6 柜多層轉(zhuǎn)換開關(guān)(勵(lì)磁轉(zhuǎn)換開關(guān))在新老系統(tǒng)勵(lì)磁轉(zhuǎn)換時(shí)都處于導(dǎo)通狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)無多層轉(zhuǎn)換開關(guān)閉鎖，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試各個(gè)觸點(diǎn)間關(guān)系，找出正確閉鎖關(guān)系，調(diào)整接線后恢復(fù)正常。

　　(5)操作臺(tái)在控制傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)無法通訊。其原因是操作臺(tái)與傳動(dòng)系統(tǒng)間通訊線路可能存在故障，或操作臺(tái)發(fā)送信號(hào)有錯(cuò)誤。

　　解決方法：檢查操作臺(tái)與傳動(dòng)柜間通訊電纜有無脫落，用筆記本電腦連接傳動(dòng)裝置可以正常在線和修改參數(shù)，判斷為通訊線路正常。信號(hào)發(fā)送有故障，查找通訊協(xié)議與所使用一致，檢查發(fā)送程序，邏輯有缺陷，在無使能時(shí)不能向傳動(dòng)裝置傳送通訊字，控制字發(fā)送應(yīng)在使能前發(fā)送，更改后正常。

　　(6)在設(shè)計(jì)主井雙電控直流切換柜時(shí)，從刀閘 QS3 和 QS2 分別引出一路動(dòng)力電纜到電機(jī)負(fù)極接線腔。由于主井一樓至電機(jī)只有 1 個(gè)穿墻孔，經(jīng)研究，在直流切換柜 QS3 和 QS2 刀閘下再增設(shè) 1 個(gè)母排，這樣新老整流裝置至電機(jī)負(fù)極只需要 1 根電纜，把這根電纜固定在連接母排上就可以了。

　　(7)因切換柜設(shè)計(jì)為人工切換方式，刀閘未使用真空斷路器，切換費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在條件允許的情況下，各切換刀閘使用真空斷路器，既能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，又能加快切換速度、節(jié)省人力。

　　3 效益預(yù)測(cè)

　　雙電控安裝之后，如果某套裝置出現(xiàn)故障，可在 10 min 之內(nèi)完成切換，極大地減少了影響時(shí)間。按主井提升能力 480 t/h、原煤售價(jià) 500 元 /t、影響時(shí)間 4 h 計(jì)算，因處理裝置故障將造成 96 萬元經(jīng)濟(jì)損失。