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东莞明电VT710多电机高压驱动在煤矿主井皮带运输机上的应用

未知 2019-06-08 14:04
  1.引言

山西汾西矿业(集团)有限责任公司是2000年8月由汾西矿务局改制的国有独资公司,企业成立于1956年,是山西省人民政府授权经营的国有重点煤炭企业。公司拥有资产总额46亿元,现有职工40623人,矿区人口约十六万。
枊湾矿是汾西矿业集团有限责任公司的主力生产矿井。井田面积为106.8平方公里,煤层总厚11.89米。 枊湾矿现有保有储量9.83亿吨,可采储量4.2亿吨(其中焦煤1.9亿吨,肥煤2.3亿吨)。

 本项目为新柳煤矿主矿井的原煤产量提升至400万吨的技改项目。

2.原有系统装置概述

主井皮带原采用2台高压电机拖动,整套系统工作是由2台315kW/6kV高压异步电动机并联拖动。
主井皮带是柳湾煤矿的中枢,一旦皮带机不能正常工作,将造成全矿停产,不但影响生产,造成巨大经济损失,而且会引起严重的社会影响。
原有系统采用交流绕线式电机串电阻调速系统。该调速系统属于有级调速,调速的平滑性差;低速时机械特性较软,静差率较大;电阻上消耗的转差功率大,节能较差;起动过程和调速换挡过程中电流冲击大;中高速运行震动大,安全性较差。该调速系统在解决电机间同步,以及出力不均的问题时能力明显不足。机械磨损和老化问题日趋严重,性能逐年降低,故障率增加,设备维修难度大;整个系统效率低,调速范围有限,稳定性差。

3. 变频调速新系统装置概述

主井皮带采用3台高压电机拖动,整套系统工作是由3台710kW/6kV高压异步电动机并联拖动。其中两台电机同轴拖动同一滚筒,另一电机单独驱动另一滚筒,皮带运输机传动系统如图1所示。

该系统不仅要求3台速度同步,而且3台负荷分配要均衡一致,如图2所示。

综合以上因素,甲方考虑采用高压变频调速装置驱动皮带系统,但是,由于目前国内外高压变频器的应用领域主要在风机水泵等变转矩应用方面,很少有恒转矩重载设备驱动的实例,而重载多单元同步控制的成功应用更是几乎没有,新柳煤矿非常慎重,经过综合考查了国内外多家变频厂商,同各方面专家进行了多次的研讨,最终确认了日本明电舍的VT710高压变频器驱动装置的系统方案。图2为皮带运输机高压变频器驱动系统图。

  


 (图1皮带运输机传动系统图)


  (图2皮带运输机高压变频器驱动系统图。)


 (图3 高压变频器系统图)


 (图四 运行中高压变频器外观图)

4. 变频调速系统控制概述
鉴于复杂的现场情况,如:电机特性曲线存在差异、辊筒直径制造差异、辊筒及皮带的磨损差异、以及辊筒表面的附着差异等,我们建立以辊筒的一致性线速度为给定、以功率平衡分配为最终控制对象,构成速度和电流双闭环主辅同步控制系统,采用VT710 的转矩自动平衡控制模式,以达到理想的同步控制效果。
同时,VT710根据电流反馈实时计算转矩,并依靠其高速的系统响应,建立了优化的从动电机跟随模型, 根据负载的变化和实际速度的变化,动态调整速度输出和功率输出,使3台电机的功率平衡分配,线速度一致,达到高精度的同步控制。
以皮带的工作速度V 为基础,中控室通过RS-485给3 台变频器发送转速指令,通过转矩自动平衡控制模式,VT710 能够自动调整3 台电机的平衡转矩输出点,在角速度n1、n2、n3不同的情况下,使得电机功率P1P2P3、同时辊筒线速度V1V2V3。
本系统如图3所示,采用多单元同步控制系统,考虑到煤矿的现场情况和控制距离, 在设备机头设有本地/遥控转换开关,既可实现本地控制, 也可远程遥控。3台变频器之间通过开放的RS-485串行通讯网络进行实时通信,实现数据交换。在运行中,可以在控制室通过工控机对3台高压变频器同时给定同步速度,实现良好的同步关系。

高压变频器系统图如图3所示。

运行中的高压变频器如图4所示。

5.VT710高压变频器特性

(1)满载时,包括移相变压器在内的变频调速系统效率97%;

(2)功率因数95%;
(3)满足中国谐波相关标准;
(4)适用6000V 普通异步电机;
(5)近似全数字PWM脉宽调制技术;
(6)全功率范围段的MCU控制;
(7)PWM输出电压波形控制在VDC内;
(8)直接矢量闭环控制模式,控制精度万分之一;
(9)在闭环矢量控制模式下,VT710的控制范围是1:100,即以50Hz为基频,其控制范围可到0.5Hz。在开环情况下,VT710的控制范围也
可达到1:10,也就是5Hz;
(10)电流跟踪和磁通补偿功能;
(11)主要功能:转差补偿,电机参数自学习,瞬停再启动,多段速,重拾,高效运行,比例联动,频率跳跃;
(12)保护功能:过电流限制,过电压限制,过负荷预警,过电流跳闸,过电压跳闸,CELL功率单元故障跳闸,过负荷跳闸,接地故障跳闸,过
热跳闸,其它;
(13)显示:输出频率,电机转速,电机电流,输出电压,电机输出功率,各功率单元DC电压,运行时间,故障查询,变频器温度,其它。

6.VT710变频调速系统与交流绕线式电机串电阻调速系统的比较
6.1 VT710与电机串电阻调速相比,有以下突出特点:

(1)起动性能优越
变频器采用速度闭环控制,调速精度高,启动转矩可以做到等于最大输出转矩;即使在零速也可以达到最大转矩。串电阻调速起动过程和调速换挡过程中电流冲击大。
(2)系统效率高
变频器输出直接和电机相连接,效率高;绕线式电机转子串电阻调速,电阻上消耗大量的转差功率,效率极低。
(3)负载特性良好
变频器负载可以在很大的范围来调节;绕线式电机转子串电阻调速范围有限。

(4)维护成本低
变频器的运行成本和维护成本却远远比串电阻调速低。串电阻调速的日常维护比变频器工作量大,维护成本高。

6.2变频器系统和绕线式电机转子串电阻系统综合比较
变频器系统和绕线式电机转子串电阻系统综合比较如附表所示。

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