義安礦業(yè)副井雙線制電控系統(tǒng)應(yīng)用研究

陳 鑫

（洛陽義安礦業(yè)有限公司，河南 新安 471800）

義安礦業(yè)副井提升機采用中信重型機械公司生產(chǎn)的JKMD-3.5×4（Ⅲ）E 多繩摩擦式提升機，電控系統(tǒng)采用西門子6RA70 直流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)于2005 年6 月投運以來，至今連續(xù)運行已超過15 年。2021 年3 月義安礦業(yè)在原電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新增一套電控系統(tǒng)，形成新、老系統(tǒng)相互備用。副井提升系統(tǒng)經(jīng)改造后基本實現(xiàn)電控、閘控、提升信號零影響，副井提升系統(tǒng)安全可靠性進一步增強。

1 工程背景

義安礦業(yè)副井提升機主電機采用上海電機廠生產(chǎn)的ZKTD215/47.5 型直流電機，電樞電壓750 V，勵磁電壓220 V，電機功率1100 kW。信號系統(tǒng)采用常熟市新虞電器有限公司生產(chǎn)的KXT7 型礦用多功能提升信號裝置兩套，形成一用一備；閘控系統(tǒng)采用中信重工生產(chǎn)E149SM 恒力矩型液壓站兩套，形成一用一備；電控系統(tǒng)采用西門子全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)減少電控系統(tǒng)受諧波的干擾程度，將諧波分量占電流總量的百分比控制到不大于2%，同時滿足電控系統(tǒng)實現(xiàn)停懸的要求，主要控制器采用S7-300PLC 數(shù)字控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用單勵磁裝置，通訊系統(tǒng)采用對講機通訊。

義安礦業(yè)副井提升電控系統(tǒng)已投入運行16 年，電器元件逐步老化、性能降低，影響設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)；電控系統(tǒng)核心部件6RA70 直流調(diào)速裝置已停產(chǎn)，造成備件采購困難；主控系統(tǒng)S7-300PLC 頻繁出現(xiàn)通訊異常情況。為保證副井人員提升安全高效運行，急需對副井電控系統(tǒng)進行升級改造。

2 改造可靠性研究

2.1 新、老電控系統(tǒng)切換設(shè)計

為達到提升機電控系統(tǒng)實現(xiàn)雙線制運行的目的，新增一套雙系統(tǒng)切換柜和一套6RA80 傳動系統(tǒng)。新傳動系統(tǒng)主要包含勵磁柜、整流柜和切換柜，采用勵磁磁場恒定、串聯(lián)12 脈動主從控制直流調(diào)速方案。新老傳動系統(tǒng)切換通過雙系統(tǒng)切換柜手動切換。新、老系統(tǒng)均可通過切換柜改變電機轉(zhuǎn)子、定子供電線路，繼而均可實現(xiàn)對提升機閘控、信號等系統(tǒng)進行切換控制；另對切換系統(tǒng)安裝閉鎖裝置，一旦新、老系統(tǒng)切換過程中出現(xiàn)錯誤，及時停止切換及電控系統(tǒng)運行，防范事故發(fā)生。新、老系統(tǒng)切換示意圖如圖1。

2.2 主回路可靠性設(shè)計

電控系統(tǒng)主回路由高壓配電系統(tǒng)及低壓配電系統(tǒng)組成。為實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運行，配電系統(tǒng)均采用雙回路供電。其中，高壓配電系統(tǒng)采用不間斷電源供電且供電線路具有各項保護功能；低壓配電系統(tǒng)利用開關(guān)實現(xiàn)對雙回路的切倒。為兼顧供電系統(tǒng)各設(shè)備負(fù)荷及保證供電安全，系統(tǒng)電機容量擴容100 kW，充分保障提升機電控系統(tǒng)的安全、正常運行?？紤]以往提升機出現(xiàn)問題時不能安全、穩(wěn)定停車，對電控系統(tǒng)中主控提升設(shè)備及裝置采用不間斷、穩(wěn)壓電源的供電模式。

直流調(diào)速變頻裝置為電控系統(tǒng)最核心、關(guān)鍵的主電路，該電路的調(diào)節(jié)作用通過數(shù)字信號處理及半定制電路實現(xiàn)及觸發(fā)，使變頻裝置回饋制動，同時通過串行通信方式，實現(xiàn)電路調(diào)節(jié)與觸發(fā)之間按位、遵守時序的相互通信，可自動診斷變頻裝置的故障。變頻裝置功率部分為Back-to-Back 雙三電平結(jié)構(gòu)，采用絕緣柵雙極型晶體管等半導(dǎo)體功率器件及直流濾波電容器，同時在相同的三電平結(jié)構(gòu)下，整流和逆變單元使用變頻裝置回饋制動。提升機運行時主電路電流曲線如圖2。

為切實保證電控系統(tǒng)主回路的穩(wěn)定及安全性，對主回路系統(tǒng)采用容錯設(shè)計，首先實現(xiàn)電機的單、雙繞組控制，并通過切換柜可進行單、雙繞組切換，之后利用該基礎(chǔ)條件，實現(xiàn)電控系統(tǒng)單繞組無故障運行，即若某一繞組端出現(xiàn)問題，則可切換至另一繞組端運行，始終保證電機正常運轉(zhuǎn)，進一步保證提升機的安全運行，達到容錯運行的目的。

2.3 提升工藝控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計

為實現(xiàn)提升機控制系統(tǒng)的可靠性，結(jié)合提升工藝及雙線制系統(tǒng)實際條件，將有關(guān)工藝要求的閘控、保護、傳感器及其他信號接入兩套S7-300 型可編程控制器。可編程控制器之間通過信息傳遞應(yīng)用程序接口及自動化技術(shù)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)雙網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的銜接、交換，使提升機系統(tǒng)按照設(shè)計運行及停懸，切實提升控制系統(tǒng)的可靠性。通過將有關(guān)設(shè)備、保護及信號等接入兩套S7-300 型可編程控制器，有效解決了傳統(tǒng)提升機因信號、保護繁多出現(xiàn)不靈敏、不可靠的問題，滿足提升系統(tǒng)工藝控制要求。從工程理論方面進行分析，在提升系統(tǒng)工藝控制通過雙線制實現(xiàn)熱備時，系統(tǒng)出現(xiàn)問題的概率大大降低，維修工作量及時間均大幅減少，正常、平穩(wěn)運行時間較傳統(tǒng)單線制提升系統(tǒng)運行時間增加1 倍。

2.4 監(jiān)控、通訊系統(tǒng)可靠性設(shè)計

升級視頻監(jiān)控系統(tǒng)。采用ASCS 軟件建立監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)與可編程控制器之間通過自動化技術(shù)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的傳輸及交換，從提升機運行速度、高度及電控系統(tǒng)狀況等方面進行監(jiān)控。加裝遠程在線診斷系統(tǒng)。為了保證提升系統(tǒng)速度、電流及電壓等基本指標(biāo)的正常及穩(wěn)定，針對以上指標(biāo)均安裝兩套傳感器，并將傳感器接入提升機的雙線制系統(tǒng)，通過在可編程控制器預(yù)留插口與礦井調(diào)度室系統(tǒng)連接可實現(xiàn)遠程控制。通過遠程診斷系統(tǒng)對現(xiàn)場運行的提升機系統(tǒng)進行在線監(jiān)視和故障診斷，提高工作效率。安排在井筒敷設(shè)一套泄漏通訊系統(tǒng)，井筒新裝泄漏通訊系統(tǒng)取代對講機通訊，實現(xiàn)了井筒檢修及應(yīng)急通訊無盲區(qū)。

3 應(yīng)用效果

義安礦業(yè)2021 年3 月完成立井提升電控系統(tǒng)雙線制改造，改造過程中新增如下設(shè)備：（1）新增一套雙系統(tǒng)切換柜和一套傳動系統(tǒng)；（2）更換6臺高壓開關(guān)柜；（3）提升機房增設(shè)環(huán)境監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)；（4）升級視頻監(jiān)控系統(tǒng)；（5）井筒敷設(shè)一套泄漏通訊系統(tǒng)；（6）加裝遠程在線診斷系統(tǒng)。從設(shè)計到安裝施工調(diào)試等全部環(huán)節(jié)進展高效。經(jīng)過試運行系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，若6RA70 舊系統(tǒng)出現(xiàn)故障可及時切換到6RA80 新系統(tǒng)運行。通過副井提升裝備的軟硬件的升級，副井提升系統(tǒng)安全可靠性進一步增強。

4 結(jié)論

義安礦業(yè)基于可編程控制器及變頻裝置為核心的雙線制提升機電控系統(tǒng)成功應(yīng)用，通過現(xiàn)場運行反饋，提升機雙線制電控系統(tǒng)實現(xiàn)正常切換，故障診斷、提升控制及監(jiān)控、通訊系統(tǒng)運行可靠，系統(tǒng)維修工作量、難度及維修時間均大幅減少，實現(xiàn)提升機的無故障運行，切實保障礦井主提升系統(tǒng)的安全性，為類似條件下礦井提供借鑒及指導(dǎo)意義。