关于红柳矿井二号副立井场地提升机配电控制系统

何通

摘 要： 文章针对红柳煤矿二号副立井场地副井提升机配电系统、传动系统、控制系统作以介绍，该系统采用中矿大传动有限公司生产的三电平变频器及控制系统，可靠性高、运行性能好、节能效果明显。

关键词： 提升机;变频器;控制系统

红柳井田位于宁夏回族自治区中东部地区，行政区划隶属灵武市宁东镇和马家滩镇管辖。红柳煤矿为宁夏鸳鸯湖矿区规划生产能力为10.00Mt/a的特大型矿井，矿井于2007年10月开工建设，2009年10月首采工作面投入试生产。经过几年的建设，红柳煤矿初期生产系统已经形成。2011年，为了解决矿井21采区通风距离远，提高矿井北部的辅助运输能力、提高掘进速度、缓解接续紧张等问题，在21采区西边界中部二号回风立井西南侧105m处增设二号副立井，副立井场地设副立井井塔。

副立井提升机是煤矿关键设备，主要负责人员和物资的运送，在煤矿的生产中起着重要的作用。副立井提升机运行工况复杂，如果提升机在运行中出现故障，轻则设备损坏、生产停止，重则人员伤亡。故矿井提升机系统需满足生产效率高、安全可靠和自动化控制的运行要求。

红柳煤矿井下采用“四·六”工作制，地面采用“三·八”工作制，年工作日330d，日提升时间16h。

红柳煤矿二号副立井一号提升系统（大罐笼提升系统）装备1台JKM-5×6（Ⅲ）型塔式多绳摩擦提升机，提升容器为1个特制六绳双层宽罐笼+1个六绳双层平衡罐笼，担负矿井人员、材料及设备提升任务。宽罐笼上、下层均满足防爆柴油机无轨胶轮车、材料车、平板车、固定车厢式矿车直接进出的需要。本文针对红柳副立井井塔提升机配电控制系统，主要分析了变频器、控制系统的设计原则和功能。

1 提升机参数

（1）型号：悬挂式低速直联交直交变频同步电动机;

（2）数量：1台;

（3）功率：3500kW;

（4）电压：3150V;

（5）同步转速：40r/min;

（6）過载能力≥2倍（时间≮60s）;

（7）励磁：他励;

（8）绕组形式：完全对称双绕组，双Y接法;

（9）冷却方式：强迫通风冷却，轴向通风结构（IC37），带风管接口;

（10）测温电阻：电动机定子绕组内埋设12支分度号为Pt100铂热电阻。轴伸端、非轴伸端轴承各埋设2支分度号为Pt100铂热电阻，共4支。

2 配电部分

二号副立井井塔建有一座10/0.4kV变电所，双回10kV电源取自附近的二号副立井场地35/10kV变电所10kV系统不同母线段。变电所由10kV高压开关柜、变压器柜、低压配电柜组成，高、低压系统均采用单母线分段系统，分列运行。变电所向提升机及其辅助设备分别提供10kV及380V电源。其系统框图如图1所示。

高压柜内配有真空断路器、电流互感器、电压互感器、电力仪表、高压熔断器、氧化锌避雷器、零序电流互感器、智能操控装置、微机消谐装置及微机综合保护装置等，所有高压开关柜均具有“五防”功能，高压柜工作状态经PLC传输到上位机显示。

3 传动部分

提升机传动部分由2台定子整流变压器、1台励磁整流变压器、调节柜、变频器柜、励磁柜、单双绕组切换柜、主电机冷却风机变频调速装置、低压辅助柜及水冷装置组成。本文着重讲述变频器部分。

提升的主传动采用交-直-交变频双绕组同步电动机传动系统，传动系统能够适应提升系统的各种工况，按照预定的速度图和提升要求实现四象限内的启动运行，加速、等速、减速、低速爬行、停车、制动和换向等功能。

变频器采用中矿大传动有限公司变频器，采用2套三电平变频器+双绕组同步机”的驱动方案。此方案可靠性高;具有驱动定子双绕组电机冗余功能，两台变频器同时运行时，每台拖动定子双绕组电机的一个绕组，具有全载全速运行能力;单台变频器运行时，可以把定子绕组的两个绕组经切换柜串联，由一台变频器拖动，具有全载半速运行能力，可以降低因为变频器故障对提升的影响，同时可以对另外一套变频器进行停电维修。此外，此变频器还有以下特点：

（1）变频器采用了先进的“背靠背”双三电平交直交变频方式，过载能力强，在提升机允许的任何负载下，都可以保证提升电机四象限安全运行要求。

采用三电平主回路拓扑结构，电流畸变率低，电磁噪声小，动、静态性能优良，且开关频率低，损耗小，效率高。

（2）变频器对电网的无功冲击和高次谐波干扰非常小，输出近似正弦的电压和电流波形，整个调速范围内谐波畸变（包括电压和电流）THD小于4%。

（3）变频器主要元器件采用原装进口品牌。

（4）变频器具备零速悬停功能。在制动系统敞闸情况下，变频器具有零速满转矩悬停功能，实现提升机重载悬停，防止溜车，并实现到位零速停车后无冲击安全抱闸，保证系统安全稳定运行。

（5）变频器设计悬停锁罐张力释放功能。提升机在提升重物达到目的水平停车，提升容器释放重物后钢丝绳收缩将导致提升容器回提，错开停车位，导致到位检测出现误动作或无法装载，张力补偿功能解决了这个问题，变频器根据提升容器释放重物前后的张力差，驱动提升机实时调节、补偿提升容器位置差。

（6）主回路采用IGBT，相比采用IGCT功率器件的三电平变频器主回路结构要简单。图2为两种功率器件变频器结构图：

（7）此变频器由中矿大传动有限公司自主研发，大大降低了以往使用西门子、ABB进口变频器的高昂费用，且备件费用、服务费用远低于国外产品。

4 控制部分

控制系统以PLC为核心，由PLC柜、操作台、闸控系统、上位机等组成。PLC柜中采用SIEMENS S7-300系列PLC，共两台，采用双线制控制，一组为操作保护PLC，另一组为行程PLC。选用高性能的可编程控制器，采用分布式控制方式，即调节、主控、行程监控、制动等设置各自独立的控制器，各控制器采用总线通讯方式。系统可实现手动操作、半自动操作、自动操作、检修运行、换层运行和紧急操作的运行方式。

4.1 调节系统

调节系统双闭环控制系统，分别为数字式速度和电流闭环系统，此调节系统具有优良的动、静态品质指标。另外，调节控制具有以下功能：预设速度基准值;限制加、减速过程的冲击;位置控制、速度控制;启动时预置力矩;转矩和电流基准，包括最大值限制;定子电流调节;励磁电流调节;根据提升容器在井筒中的起始位置，自动生成“S”运行曲线并调节控制;监测钢丝绳滑动，自动校正同步;过卷复位等功能。

4.2 安全回路

系统的安全回路有三套，一套为继电器直动回路，两套分别由操作保护PLC和行程PLC构成。由操作保护PLC、闸控PLC与继电器构成双线制提升机安全保护回路。来自提升机各部分的保护信号分为立即施闸、井口施闸、电气制动和报警4类。其中井口施闸、电气制动和报警类事故信号直接引入到PLC中，PLC将其处理后送监视器显示故障类型并控制声光报警系统报警并施闸，而立即施闸类事故信号除引入到PLC中处理、显示、报警外，还直接引入到安全直动回路，并系统施闸。保护系统框图如图3所示：

4.3 制动系统

制动系统液压站为一用一备，与控制系统进行通信。液压制动系统能保证接收到来自提升机电气控制系统的信号，并给予正确处理。

4.4 操作台

操作台采用操作方便的分体式结构，共由左操作台、右操作台和指示台三部分构成，并且在操作台内含有S7-300系列PLC，用来显示系统的运行状态，和主PLC采用总线通信的方式。

控制台能满足操作方式选择、信号显示、运行状态显示、故障显示及报警等要求，并具有打印记录功能，确保安全运行。

4.5 上位機监控系统

二号副立井井塔提升机控制系统配备上位机，上位机具备齐全的显示功能及人机对话及记录。

5 结语

红柳矿井二号副立井场地副井提升机房已安装完成，操作简单，运行工况良好。中矿大自主研发的此系列变频器已在全国应用几十套，且部分是对原有的西门子、ABB系统进行改造，打破了进口变频的垄断，大大降低了矿方使用成本，以后必将得到更多的应用。

参考文献：

[1]何风友.谭国俊.矿井提升机计算机控制技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]沙童飞.基于PLC的矿井提升机智能型电控系统的设计与研究[D].安徽理工大学，2018.