大型礦井主井提升機直流傳動雙電控改造

　　[摘 要] 棗礦集團付村煤礦主井提升機采用交流-直流轉換供電方式，1 800 kW 直流電機驅動提升機，原電控系統只有 1 套(2 個)西門子 6RA70 整流裝置，通過安裝并成功調試直流傳動雙電控系統，實現了主井提升機整流裝置一用一備功能，提高了主井提升機的運行效率和可靠性。

　　劉春濤; 吳濤; 楊海鵬; 劉強; 劉勇劍， 能源技術與管理 發表時間：2021-08-25

　　[關鍵詞] 主井提升機;直流傳動;雙電控;整流裝置

　　0 引 言

　　棗礦集團付村煤礦主井提升能力為 270 萬 t/a，其運行效率和可靠性關系到礦井經濟效益。由于目前主井提升機的 6RA70 整流裝置技術含量很高，出現故障很難排除，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，排除故障時間較長，直接影響主井提升效率。因此，提出傳動雙絞車電控部件改造方案，采用中信重工自動化研究所生產的直流傳動雙電控裝置，并安裝調試成功，當整流裝置出現故障時，只需 10 min 就可以切換到另 1 套整流裝置上，提高了主井提升機的運行效率和可靠性。

　　1 設計方案

　　1.1 可行性分析

　　原主井提升機傳動系統有調節柜和勵磁柜，采用磁場恒定、電樞反向方式。其中，電樞為并聯 12 脈動，主從控制，包含 2 臺 6RA70 直流裝置，型號為 6RA7095-4LV62-0，1 900 A;電機磁場供電來自主電樞裝置的勵磁回路;傳動系統采用速度反饋，即電機軸端編碼器速度反饋，編碼器型號為 SBH8196-5MD;PLC 系統采用 S7-300 系列雙 PLC，1 臺為主 PLC，另 1 臺為從 PLC，主 PLC 負責提升機的主程序及系統管理。整個系統主從 2 個裝置相互監視，從而確保提升機安全運行。

　　現在增加 1 套 (2 個)6RA80 整流裝置，和原 6RA70 裝置形成冗余結構，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。增加切換柜以進行新老整流裝置的切換，確保 2 套傳動系統的獨立性、完整性和完全的電氣隔離。當某套傳動系統因故障需維修時，另 1 套傳動系統可安全運行，不影響生產。新傳動裝置和控制 PLC 采用 PROFIBUS-DP 通訊方案，減少了不必要的切換控制線路。

　　1.2 具體設計方案

　　1.2.1 傳動系統切換

　　(1)增加電樞調節柜 1 臺。包含西門子公司 6RA80 全數字直流調速裝置 2 臺，裝置型號為 6RA8095-4LV62-0AA0，1 900 A，并聯 12 脈動，主從控制。

　　(2)增加功率切換柜 1 臺。2 套傳動系統的交流進線分別來自 2 臺整流變壓器，通過切換開關分別接入 2 套傳動裝置。切換方式為手動切換，切換開關基本參數為 AC 800 V、2 000 A。

　　(3)2 套傳動裝置直流輸出，通過切換開關接入電機。切換方式為手動切換，切換開關基本參數為 DC 800 V、3 000 A。

　　(4)2 套勵磁回路進線來自柜內的單相勵磁變壓器，通過各自的空氣開關控制勵磁電源，勵磁的輸出通過旋轉開關切換。

　　(5)傳動系統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 套傳動系統(分頻板最大工作頻率 250 kHz)。

　　1.2.2 控制回路切換

　　(1)主控系統對 2 套傳動系統的控制采用相互獨立的方式，不存在硬件線路交叉。原傳動裝置和控制系統采用硬接線方式，保持原系統不變;新傳動系統和控制系統主要采用 PROFIBUS-DP 通訊和部分硬接線方式。

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

　　(3)新傳動系統的反饋觸點，如輕故障、風機運行、裝置啟動等反饋觸點直接接入 PLC 備用 DI 口，需現場接線。

　　(4)操作臺電樞電流表、勵磁電流表信號采用來自 2 套傳動系統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。所以儀表不需要進行切換。

　　(5)安全回路中的傳動系統重故障反饋觸點，采用切換方式。

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

　　(7)控制回路的切換通過軟件 PLC 程序實現，傳動系統的控制采用 PLC 通訊方式。

　　(8)PLC 控制系統對 2 套傳動系統切換，通過操作臺備用旋鈕選擇實現，可選擇原傳動系統和新傳動系統，同時傳動系統主回路必須切換。

　　2 安裝調試期間存在問題

　　(1)新設備調試期間與 PLC 通訊不正常。其原因是在 PLC 上檢測不到傳動裝置，故障診斷時顯示傳動裝置組態未知，認為是通訊線未連通。

　　解決方法：更換操作臺 DP 通訊接頭后發現仍有通訊問題，經檢查通訊線，發現有些線在壓接時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)新傳動設備調試期間不能驅動電機。其原因是參數設置后無電流輸出，裝置報 F60031(設定反饋偏差大)故障，分析認為是參數在互鎖中存在問題，重新檢查參數后，裝置轉矩互鎖不正確。

　　解決方法：修改參數后做試驗，現象有所改善(將串口通訊改為端子通訊)，但未達理想狀態，將裝置恢復至出廠狀態，重新設置參數后故障解除。

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

　　解決方法：檢查編碼器接線，發現在編碼器分線箱中，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，接收信號檢測不到電源，確定分線箱中編碼器進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，故障現象消失。

　　(4)新老系統切換狀態不正常。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作正常，檢查連線號正常，檢查每個柜內接線正常，檢查 C6 柜多層轉換開關(勵磁轉換開關)在新老系統勵磁轉換時都處于導通狀態，現場無多層轉換開關閉鎖，現場測試各個觸點間關系，找出正確閉鎖關系，調整接線后恢復正常。

　　(5)操作臺在控制傳動系統時無法通訊。其原因是操作臺與傳動系統間通訊線路可能存在故障，或操作臺發送信號有錯誤。

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

　　(6)在設計主井雙電控直流切換柜時，從刀閘 QS3 和 QS2 分別引出一路動力電纜到電機負極接線腔。由于主井一樓至電機只有 1 個穿墻孔，經研究，在直流切換柜 QS3 和 QS2 刀閘下再增設 1 個母排，這樣新老整流裝置至電機負極只需要 1 根電纜，把這根電纜固定在連接母排上就可以了。

　　(7)因切換柜設計為人工切換方式，刀閘未使用真空斷路器，切換費時費力。在條件允許的情況下，各切換刀閘使用真空斷路器，既能延長設備使用壽命，又能加快切換速度、節省人力。

　　3 效益預測

　　雙電控安裝之后，如果某套裝置出現故障，可在 10 min 之內完成切換，極大地減少了影響時間。按主井提升能力 480 t/h、原煤售價 500 元 /t、影響時間 4 h 計算，因處理裝置故障將造成 96 萬元經濟損失。