IGBT直接高压变频器在煤矿主井皮带机中的成功应1pkn.docx

IGBTT直接高高压变频频器在煤煤矿主井井皮带机机中的成成功应用用1 引言言马脊梁矿矿位于大大同煤田田西北部部边缘地地带,距距集团公公司约550kmm。井田田面积1170kkm2，现现有三个个综采队队主采侏侏罗纪77，111和和14煤层,地质储储量500.7亿亿t。可可采储量量29.74亿亿t。井井田水文文地质条条件简单单，瓦斯斯含量低低，为低低瓦斯矿矿井。矿矿井于119966年6月月技术改改造完成成后，核核定生产产能力为为80万万t。近近年来随随着企业业内部管管理水平平的不断断提升，矿矿井产量量逐年增增加。实实际能力力已达3360万万t。2 改造造前工作作情况矿井煤流流集中由由高山主主斜井强强力胶带带输送机机（19996年年改造前前后设备备参数见见表1送送至煤厂厂洗选外外运。该该机为双双滚筒三三机拖动动方式。现现采用三三台6kkV，4400kkW笼形形异步电电机与调调速型液液力耦合合器驱动动两个主主动滚筒筒，其中中1号电电机和22号电机机同轴拖拖动卸煤煤滚筒。该该拖动系系统由于于19996年技技术改造造时的先先天不足足而存在在着严重重问题。2.1 存在的的严重问问题（1）各各液力耦耦合器由由于工作作条件苛苛刻,现现场条件件较差,使得闭闭环伺服服系统功功能丧失失。导致致三台耦耦合器内内部充油油压力不不匀,滑滑差不等等,传动动效率不不一致,造成11号和22号同轴轴传动系系统周期期性震动动剧烈。成成为楼板板共振的的主要振振源。（2）机机头楼层层的楼板板浇筑厚厚度为110cmm，楼层层主次梁梁的强度度及布局局设计是是针对改改造前的的拖动装装置的，而而现在的的拖动装装置由于于电机功功率增大大。减速速机体积积增加，同同是又增增加了调调速型液液力耦合合器，促促使三台台拖动装装置各增增加了一一个联轴轴环节,电机距距主梁距距离增加加了1.5m，电电机轴向向中心线线偏离次次梁中心心0.33m，使使楼层无无法吸收收传动机机构的振振波。该该楼层55个窗户户玻璃无无法安装装，只好好全部封封堵，司司控室地地板砖全全震碎，图图牌无法法上墙，为为减轻震震动影响响，在该该楼层下下支了88根6mm长的木木柱。（3）液液力耦合合器技术术条件要要求严格格，工作作条件苛苛刻，自自身故障障率高。2.2 由于以以上三个个问题的的存在而而又衍生生出以下下几个问问题，这这几个问问题互相相依赖，恶恶性循环环（1）由由于液力力耦合器器技术要要求高，输输入及输输出端的的联轴同同轴度均均不得大大于200mm，现现场也很很难达到到要求，即即使达到到，也由由于系统统震动剧剧烈而又又难以保保持。反反过来即即加剧震震动，又又使自身身轴承寿寿命缩短短。（2）由由于同轴轴传动的的液力耦耦合器滑滑差不等等，传动动效率不不同，使使得减速速机各级级齿轮变变差液啮啮合状况况变差，滚滚动啮合合过程存存在着滑滑动，从从而导致致二轴及及三轴齿齿出现疲疲劳片状状剥蚀，高高速轴轴轴承易损损，机箱箱壳体研研磨等，既既增加自自身震动动烈度，又又反过来来影响各各联轴节节的同轴轴度。（3）由由于液力力耦合器器因工作作压力高高而导致致油温高高，其专专用水冷冷却器为为2666根112×10××12000紫铜铜管组成成，细管管内结垢垢后不易易清除，即即使每次次目检都都安排专专人“捅捅”，也也不能恢恢复其冷冷确效果果。使液液力耦合合器长时时期在高高压，高高温,高高速的工工况下工工作，使使得工作作油稀释释，化学学成分变变化，轴轴承润滑滑状况恶恶化，泵泵轮平衡衡铅块因因孔壳膨膨胀飞脱脱，而导导致动静静失衡,自身震震动加剧剧,现场场维护难难度加大大,故障障频繁,成为制制约矿井井生产的的一个重重要原因因。3 改造造地点及及技术条条件基于强力力胶带输输送机所所存在的的上述问问题及其其在生产产环节方方面的重重要性，原原有的驱驱动及控控制已经经不能满满足矿井井安全及及生产的的需要，必必须立即即加以改改造，矿矿党政领领导对此此问题高高度重视视，矿长长郭海同同一方面面全面及及时的向向集团公公司领导导反映情情况，争争取技改改立项和和资金，另另一方面面组织本本矿技术术人员搜搜集资料料，进行行技改方方案论证证。在集集团公司司吴汉庭庭副总经经理及张张义副总总经理的的大力支支持下，在在黄远平平及吴兴兴利副总总工程师师的具体体组织及及机电处处的大力力协助下下，经公公开招标标，决定定使用成成都佳灵灵电气制制造有限限公司生生产的“JJCC系系列IGGBT高高压变频频器”对对该驱动动系统进进行改造造，同时时使用上上普昱矿矿山设备备有限公公司生产产的“KKTW33-3880S”主主斜井皮皮带控制制设备，以以实现该该系统的的控制要要求。IGBTT高压变变频器拟拟安装地地点为高高山主斜斜井井口口配电室室，用以以驱动SSTJ-10000/33×4000型强强力胶带带输送机机，该斜斜井倾角角及胶带带机各主主要参数数如表11所示。该该胶带输输送为在在线生产产设备，井井口机为为四层楼楼结构。11号和22号驱动动设备安安装在第第四层，同同轴驱动动卸煤滚滚筒；33号驱动动设备安安装在三三层井口口底板上上，单独独驱动下下皮带。全全楼有110t天天车一台台和提料料通道；三层配配电室有有足够的的变频器器安装空空间，并并有变频频器及控控制设备备所需的的高、低低压电源源及通断断设备，四四层司控控室也有有新型控控制设备备足够的的安装空空间，总总之具备备变频器器工业试试验的一一切硬件件设施。4 现场场试验的的主要内内容与要要求成都佳灵灵电气制制造有限限公司生生产的“IIGBTT高压变变频器”是是为我矿矿高山主主斜井强强力胶带带机的技技术改造造而量身身订做的的，尽管管其本身身有许多多优异特特性，在在订做时时技术协协议中也也有许多多具体要要求，但但由于该该胶带机机为在线线生产设设备，故故此20004年年7月11日安装装投运以以来按生生产工况况需求进进行如下下试验。（1）功功率自动动平衡功功能通过触摸摸屏液晶晶显示，三三机的三三相平均均电压和和电流基基本一致致，为:5.88kV、337A左左右（随随扫描频频率而跳跳变）,整机运运行平稳稳。（2）重重载起动动能力过载设定定1500，转转矩提升升设定为为35，起动动时间设设定为1100ss，起动动平稳无无冲击。（3）软软起软停停功能起动时间间1000s，停停机设定定20ss，各种种正常工工况起停停平稳无无冲击。（4）功功率裕度度电机功率率为4000kWW，变频频器功率率为5000kVVA，可可任意组组合，双双机重载载起停平平稳，变变频器长长时运行行，各项项指标正正常，体体现了冗冗余技术术。（5）输输出电量量品质国标GBB126668-90中中规定，任任意奇次次谐波均均不起过过5，任任何偶次次谐波不不超过22，短短时（持持续时间间小于330s）出出现的任任一次谐谐波含量量不超过过10，经过过现场调调试运行行正常后后实测。输出电压压谐波为为1.22%，44次谐波波为0.4%，115次谐谐波为00.2%，177次谐波波为0.2%，且且空载和和重载时时基本一一致。而而进线电电网电压压谐波则则高达224.88。（6）共共模电压压和电流流测试佳灵公司司企业标标准规定定共模电电压有效效值不超超过2kkV，共共模电流流不得超超过0.5A（远远比国外外标准严严格）。在在调试正正常后（互互感器变变比为660：11），经经现场实实测多次次：开关频率率：3.833.9337kHHz；共模电压压：122.977V×660=7778VV2kkV；共模电流流：0.300.445A<<0.55A。重载起动动过程中中共模电电流会短短时超标标，但最最大仅为为0.779A，不不影响正正常起动动。（7）电电磁兼容容性能该设备使使用IGGBT绝绝缘栅双双极晶体体管，其其开关速速度高达达20kkHz，电电磁辐射射较严重重，内部部干扰也也很严重重。经过过较长时时间的现现场分析析调试，多多次调整整抗干扰扰电路电电容参数数，使得得其电磁磁兼容性性能得以以良好体体现，变变频器运运行相当当平稳可可靠。（8）低低频性能能该设备设设计调整整范围为为0.55Hz1200Hz，恒恒转矩频频段为66Hz60HHz，在在此频段段运行频频率可任任意设定定，远控控频率转转换功能能为6级级：255Hz、330Hzz、355Hz、440Hzz、455Hz、550Hzz，完全全满足现现场低频频降容运运行的节节能需求求。（9）保保护功能能通过现场场故障显显示，证证明该套套设备具具备过载载、过压压、欠压压、桥臂臂主器件件自保护护，风机机断电保保护等功功能灵敏敏，其他他如接地地、电涌涌、过电电压因无无发生此此类故障障，故本本机无显显示。（10）故故障率该设备自自20004年77月1日日正式投投运以来来，前期期故障基基本为抗抗共模电电路及抗抗干扰电电路部分分元件参参数的设设计或质质量方面面的缺陷陷，而导导致个别别保护的的误动作作；截止止10月月24日日（100月200日至224日为为本矿停停产检修修时间），厂厂家对抗抗干扰电电容参数数又做了了一次调调整,在在此以后后,再未未发生过过一次误误动作,此阶段段故障率率为零。即即是前期期保护误误动作后后,经复复位操作作,也很很快就能能恢复运运行,对对生产影影响甚微微。5 现场场试验情情况该套变频频设备自自20004年77月1日日20时时投运至至今，两两年多来来，根据据故障情情况，基基本可分分为三个个阶段，各各阶段故故障情况况及处理理措施如如下：第一阶段段：为220044年7月月1日7月117日，为为双机运运行阶段段。该阶阶段主要要因1号号和2号号柜共用用的直流流电抗器器参数不不匹配。抑抑制共模模干扰效效果不好好，使11号回路路和2号号回路输输出互相相干扰、电电压波形形畸变，同同轴传动动的两台台电机有有三台次次绕组绝绝缘因过过电压而而击穿，被被迫双机机运行，以以维持生生产。后后厂家增增加了一一个电抗抗器，将将1号和和2号单单元从直直流侧分分离，这这一问题题始得解解决。第二阶段段，为220044年7月月18日日100月200日，为为三机联联运阶段段。此阶阶段正处处于变频频器寿命命的早期期失效期期（三个个月），此此阶段的的故障表表现为元元器件参参数或质质量引起起的桥臂臂自保护护和电干干扰引起起的误动动作。保保护动作作频度最最高时达达到一天天6次，最最长无保保护运行行不超过过三天，但但是保护护动作后后，只要要复位，便便可重新新起车，平平均需时时间不到到5miin；故故基本能能满足生生产需要要。此期期间的主主要措施施为更换换故障元元器件和和加大驱驱动板上上二级管管容量和和抗干扰扰电容量量，将各各桥臂上上的保护护延时电电容容量量由原4400PPF增加加至6000PFF，运行行稳定性性显著提提高。后后针对保保护误动动作的具具体分析析，于110月220日停停产检修修后，对对三个驱驱动单元元的四个个桥臂上上的保护护延时电电容容量量增加1100PPF，将将三号柜柜单片机机芯片予予以更换换，使保保护误动动作问题题得以彻彻底解决决。第三阶段段，为220044年100月244日至今今，无故故障发生生，属稳稳定运行行期。试试运行期期（20004年年7月10月月）产量量情况如如表2所所示:6 技术术经济效效果6.1 两种传传动方式式运行参参数的比比较自变频器器投运以以来，该该胶带输输送机的的各项运运行参数数发生了了明显的的良性变变化，详详见表33。 6.2 节电效效果（1）运运行节电电根据改造造前后运运行的实实际测量量，液力力耦合器器运行电电压为66.2kkV、电电流平均均为399A，变变频器输输入电压压6.22kV，电电流平均均为377A，每每天实际际运行220h，据据此计算算。液力耦合合器每天天的耗电电量2.4633万kWW·h;变频器每每天的耗耗电量22.3336万kkW·hh;日节电：2.4463-2.3336=0.1127万万kW··h;日节约电电费：从从20004年77月份起起（工业业用电电电价为00.755元kkW·hh），则则：0.1277×0.75=0.0095225万元元9552元日;变频器投投运四个个月总计计:1116.55 天, 已节节约电费费：0.09552×1116.5=111.009万元元;年节约电电费：00.09952××3500=333.322万元。（2）起起动节电电改造前，液液力耦合合器为电电机高压压直接起起动，1100AA量程表表头显示示满偏转转，电机机额电流流47.3A，以以466倍额定定电流估估算，起起动电流流按4IIe即1189.2A计计算，变变频器实实际起动动电流11.2IIe,即即1.22Ie56.76AA。液力耦合合器起动动总电流流为3××4Iee=5667.66A；变频器起起动总电电流为：3×11.2IIe=1170.28AA；变频器起起动电压压为：330000V；每天按起起动100次计,变器起起动时间间60ss,液力力耦合器器30ss;液力耦合合器日起起动总耗耗电量为为:488.2kkW·hh;变频器日日起动总总耗电量量为:114.44kW··h;日起动节节约电量量:488.2-14.4=333.88kW··h;日起动节节约电费费:333.8××0.775=229.11元;运行以来来起动节节约电量量:333.8××1166.5=39337kWW·h;运行以来来起动节节约电费费:39937××0.775=229522.755元;投运四月月总节约约电费:11.09+0.229522=111.3885万元元;全年节约约电费：3500天×（9952元元299.1元元）=334.333855万元。（3）传传动效率率提高使带速提提高:33.2-3.115=00.055m/ss=1880m/h原小时运运力为7780tt/h，折折合皮带带货载668.88kg/m,则则每小时时提高运运力为11.2tt，全天天提高运运力为11.2××20=24tt，若煤煤利润550元/t计，则则增收112000元。投运以来来增收：12000×1116.5=113.998万元元年增收：12000×3350=42万万元（4）三三台液力力偶合器器配设备备自身的的投入三台退出出使用为为其它在在用设备备备用，每每套200万元，计计60万万元；原每月补补充油费费用：33×9002770kgg;年换油两两次用油油27000kgg;月补222透平平油油费费用为：2700×5.2=00.14404万万元（按按油价55.200元/kkg计）年换油费费用：227000×5.211.4004万元元;年油料费费用：11.4004+00.14404=1.5544万万元;三台液力力耦合器器人工除除垢,每每月需人人工122个,每每工500元,计计6000元,每每台液力力耦合器器月维护护费用为为补油费费用人人工除垢垢费,即即：6000+114044=20004元元,投运运四个月月总节约约费用:4×220044=80016元元,年节节约费用用:122×20004=240048元元。每台液力力耦合器器每年故故障返修修一次,每台次次4万元元,3台台次计节节约修理理费122万元,年更换换3次,每次110h,影响产产量2334000t,每每吨利润润50元元,年增增加利润润234400××50=1177万元。以上各项项，以投投运时间间计算投投资回报报。节约电费费：111.3885万元元;提高效率率：133.988万元;减少维护护费用：0.880166万元;总计：226.1165万万元。年增收利利润：节约电费费：344.33385万万元;提高效率率：422.000万元;减少维护护费用：2.440488万元;节约返修修配件费费：122万元;提高产量量增加的的利润：1177万元；总计：2207.74万万元。7 结束束语该套变频频设备在在运行的的两年来来，确实实体现了了其优良良的技术术特性，与与同类产产品相比比因没有有输入、输输出变压压器，体体积较小小，功率率及热容容量大，运运行中热热稳定性性好，调调频范围围宽，分分辨率高高，保护护齐全而而且灵敏敏度高，主主功率器器件自保保护功能能良好，运运行平衡衡，通讯讯接口齐齐全，有有利于上上位机和和远控控控制；由由于功率率自动平平衡功能能好，而而使原转转动系统统振动消消除。由于该套套设备的的安全性性、先进进性和创创新性，从从而获得得20006年煤煤炭工业业协会科科技进步步三等奖奖。马脊梁矿矿正对机机尾给煤煤机进行行变频器器驱动改改造，这这样可以以与胶带带机一块块实现低低频降容容运行，有有利于实实现动力力调节和和取得更更高的节节能效益益。