北副井绞车电控改造最新.docx

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北副井绞车电控改造最新

中国平煤神马集团科学技术进步奖申报书

（2015年度）

一、项目基本情况

专业组别

成果登记号

档案

分类号

成果名称

副井绞车电控的技术改造

主要完成人员

韩杰赵安伟白由兵赵利涛杨帅

杨彦伟刘军民

主要完成单位

（第一完成单位盖章）

授权专利（件）

发明专利：

件

实用新型专利：

件

其他知识产权：

件

公开发表论文（篇）

其中：

核心期刊：

篇

其他：

篇

任务来源

1、省、市科技计划；2、集团科研补助计划；3、自筹

项目起止时间

起始：

2015年1月

完成：

2015年3月

申报单位联系人

姓名

电子邮件

邮编

地址

办公电话

移动电话

注：

1、专业组别、成果登记号、档案分类号由集团技术中心负责统一编写。

二、项目简介

1、立项背景

香山矿副井绞车型号为2JK-3/11.5单绳缠绕式绞车，其原电控采用中信重工生产的PLC-TKD绞车电控，存在用电量大、用功效率低、调速不稳定等问题。

根据节能、高效的要求，经论证更换为中矿传动生产的ASCS-6绕线电机双馈转子变频调速系统。

此系统具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。

在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，特别是变频调速节电效果明显。

2、主要研究内容

（1）、总体思路：

副井绞车电控改造其中更换了操作台、高压柜、plc柜、调节柜、变频柜、加装整流变压器。

其中优异特性有以下几点:

①．调速时平滑性好，效率高。

低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。

②．调速范围较大，精度高。

③．起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。

④．变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。

⑤．易于实现过程自动化。

⑥．在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。

（2）、技术方案

该系统基于数字化、自动化、网络化和信息化等先进技术，采用“交流绕线异步电机+三电平变频器+全数字DSP调节控制+多PLC网络控制+上位机诊断与监控+局域网信息互联”的控制模式，

主要包括以下内容：

1高压供电设备（变压器、高压柜等）

2提升机低压配电系统

3提升机PLC控制系统

4全数字绕线电机双馈转子变频调速系统

5（四象限变流柜、滤波器、调节柜、风冷装置）

6操作台及上位机监控系统

7新老系统切换柜

8其它部分外围设备

该系统控制精度高，操作简单，维护方便，具有较强的自诊断能力，其动、静态性能指标完全满足提升机四象限运行要求，并满足提升工艺要求的过载能力和安全系数。

（3）、主要技术特点

①.提供一套交-直-交三电平变频器，控制交流异步电机的运行。

②.变频器功率因数不小于98%，不需功率因数补偿装置，额定运行状态下的谐波电流总畸变降低至3%以下。

完全满足国家电力行业和当地电力部门标准。

3.整流装置的过载能力大于电动机的过载能力，在任何负载下，整流装置都能满足四象限安全运行要求。

④.操作和保护系统采用两套S7-300PLC双线制控制，相互通讯及监视。

具有平稳“S”曲线控制，保证提升机平稳启动、运行。

系统各PLC之间通过双网络（MPI和PRFIBUS）进行数据交换，保证数据传输安全可靠。

5.速度测量、安全回路等关键电路采用冗余结构设计，系统具有三条安全回路。

6.电控系统具有紧急开车功能，在电控系统发生故障时，在确保安全的前提下，可实现提升机低速运行。

7.变频装置总的散热量不大于变频器容量的1.0%，变频器自带风冷系统。

8.电控装置设有柜内照明，并设置通风监视、交流220V电源插座，其柜体为框架结构。

⑨.系统具有防雷击设计。

3、创新点

变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。

随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。

目前，变频技术正向小型化、高可靠性、抗公害、多功能、高性能等方向发展，应推广应用。

4、应用情况

自2015年3月份投入运行以来，满足了副井安全提升的需求。

在矿井安全生产中，具有极其深远的意义，技术应用前景极为广阔。

三、主要科技创新

该项目经过对中矿传动生产的ASCS-6绕线电机双馈转子变频调速系统的论证应用。

在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，特别是变频调速节电效果明显。

具体为：

1、主要技术创新之一：

研究了新型高压开柜及换向柜的应用技术，增加了柳州腾龙保护器。

配置3台高压开关柜，其中两台出线柜，一台换向柜。

采用真空断路器和腾龙综保。

所有高压开关柜均具有“五防”功能。

高压柜中装有电流、电压、有功、无功等测量仪表和过流、短路、低电压、接地绝缘等保护装置以及供测量和保护用的电压、电流互感器。

高压真空开关柜配腾龙综合保护装置。

高压柜工作状态经PLC传输到上位机显示。

2、主要技术创新之二：

研究了新型低压柜柜的应用技术，增加了双回路电源控制。

进线为双回路进线，手动切换，各进出回路均配置有必要的保护装置，其工作状态经PLC监控系统采集，参与保护控制。

断路器选用塑壳式断路器，并配有辅助触点。

电源柜为提升电控系统提供所需的电压等级的控制电源并配备接地监视功能，能满足整个绞车房低压供电用。

提升系统辅机电源、各电压等级的馈出开关留有不少于10-20%备用回路，具体出线数量及容量按实际要求设计。

双回路进线开关；

电控设备本身需要的电源；

提升机辅助设备的电源；

起重机电源；

冷却风机电源；

提升信号设备电源；

备用电源，不少于两个回路。

3、主要技术创新之三：

研究了新型整流变压器应用技术，增加了变频电流稳定性。

配置一台整流变压器，采用干式整流变压器（带测温装置），高压侧±2×2.5%，五档，无载调压。

预置温度检测传感器并配套温度监视保护装置，将报警（大于90度），跳闸（大于100度）信号接点输出到主控PLC。

4、主要技术创新之四：

研究了背靠背双三电平交直交变频器，增加了变频器的可靠性。

采用先进的背靠背双三电平交直交变频方式，结构简单，效率高，代表变频器发展方向。

为了保证变频器高可靠性，主回路采用IGBT,电容器采用干式电容（标称寿命200000小时）。

在控制方式上，通过高性能矢量控制算法，将功率变换装置和电机作为整体考虑，实现高性能调速的前提下，对网侧功率因数、网侧谐波、电机定子侧、网侧功率因数等系统关键指标进行调控，满足系统运行在较低的开关频率、较小的进线电抗实现能量双向流动、单位功率因数以及正弦的网侧电流，使变频器对电网无污染，做到真的“绿色变频”。

在波形质量上，三电平变频器输出相电平为九阶梯波，对比常规变频器电压和电流畸变率大大减小，系统的du/dt和波形畸变率影响将非常小，且电流波形基本无畸变，系统运行更加安全、可靠。

5、主要技术创新之五：

研究了提升机的监控系统及安全回路，增加了提升机安全运行系数。

通过以下几部分构成提升机的工艺、行程及安全回路的监控部分，可实现的主要功能包括：

行程控制、对提升机的操作、当有故障发生时的保护动作等。

PLC柜中主要采用SIEMENSS7-300系列PLC，共两台。

一组为操作保护PLC，主要负责操作闭锁及各种保护，另一组为行程PLC，主要负责生产运行S曲线、速度实时监控保护。

同时含UPS电源一台，用于控制、监控及制动控制等设备的后备支持。

备用I/O接口不少于20%。

电控设备具有监控功能，具有提升信号显示、提升保护、故障自诊断、行程、速度图、开车准备状态、控制系统状态、高低压电源回路、主回路、安全回路等连续实时显示及报表打印功能，便于事故的预测和分析处理，保证提升机安全可靠的运行。

6、主要技术创新之六：

研究了提升机的工艺控制，提高了提升机操控性。

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。

左操作台上有制动手柄、高压送电按钮、变频器送电按钮、安全复位按钮、紧停按钮、灯试验按钮、过卷旁通按钮等。

右操作台上有主令操作手柄、工作方式选择开关、控制方式选择开关、自动控制按钮等。

指示台左侧为打印机，右侧为工业控制计算机，中间指示台上有运行参数显示仪表、重要操作信号和故障信号指示灯。

7、主要技术创新之六：

研究了提升机的外围设备，提高了提升机安全运行。

编码器：

为了保证系统高可靠性运行，编码器采用进口编码器，本方案中包含了下述位置检测编码器：

编码器安装位置

数量

电机

1个

滚筒

2个

井筒开关：

包含一套防爆型磁性井筒开关，用于检测提升容器位置。

分别设置在井筒中过卷、齐平、2m/s定点、同步、减速点等位置。

一套井筒开关包括带记忆型6个，不带记忆型4个，磁钢2块（标准配置，但以现场实际需要为准）。

运行方式：

运行方式分为：

手动、检修及紧急开车等（可根据矿方实际需要可进行改动）。

手动操作：

司机根据信号情况，通过速度给定控制提升机在额定速度以下任意速度运行，自动减速、自动准确停车，同时要受到行程控制器限制。

检修：

检修运行包括井筒检修及验绳，检修速度：

0.5m/s。

检修时手动开车，在任何运行方式下，司机通过急停按钮实施急停操作。

紧急控制方式：

当变频器出现局部非重大故障时，提升系统能够低速运行。

紧急开车速度<2m/s。

其它运行方式：

可根据客户要求另加。

编程器：

配备一套PLC控制系统编程装置，完成故障查找及编程，其构成为：

笔记本主流配置

操作系统

维护软件Step7

针对本提升机的应用软件

（纸面不够，可另增页）

四、第三方评价

副井绞车安全检验报告（见附件五）

五、经济效益情况表

经济效益单位：

万元（人民币）

项目总投入

160

栏目

年份

新增利润

新增税收

创收外汇

（美元）

节支总额

累计

各栏目的计算依据：

（此表为适合各专业成果编制的的通用表格，各单位可根据所申报成果的情况选择栏目填写，填写近三年来的效益。

）

副井绞车电控改造前年用电量平均为25万度。

改造后2015年用电量为113512度。

其用电单价：

0.73元/度

计算：

（250000-113512）*0.73=99636.24元

每年节约电费10万元。

单位总会计师或财务负责人（签字）：

单位财务部门（盖章）：

年月日

六、社会效益情况表

（成果在推动集团或行业科学技术进步、安全生产等方面所起的作用）

改造后，提高了绞车运行安全的可靠性，给安全生产打下了坚实的基础，能够减轻了操作人员工作量，灵敏可靠，没有再出现故障，工作效率明显提高。

七、申报单位意见表

申

年月日

申报单位意见

（请注明申报等级）

申报单位领导签字：

申报单位（盖章）：

年月日

八、主要完成人员情况汇总表

序

号

姓名

性

别

年龄

文化

程度

职务职称

工作单位

对本项成果做出的主要贡献内容

韩杰

男

大专

队长

机电队

组织领导

赵安伟

男

大专

书记

机电队

方案设计与实施

白由兵

男

大专

技术员

机电队

方案设计与实施

赵利涛

男

大专

科员

机电科

方案实施

杨帅

男

大专

工人

机电队

方案实施

杨彦伟

男

大专

工人

机电队

方案实施

刘军民

男

大专

工人

机电队

方案实施

方

项目负责人（签字）：

年月日

十、成果应用证明

项目名称

副井绞车电控的改造

应用单位

平顶山天安煤业香山矿有限公司

通讯地址

平顶山天安煤业香山矿有限公司

应用起止时间

2015年1月——2015年11月

经济效益（万元）

年度

年

新增产量

新增产值

新增利税（纯收入）

年增收节支总额

所列经济效益的计算依据：

副井绞车电控改造前年用电量平均为25万度。

改造后2015年用电量为113512度。

其用电单价：

0.73元/度

计算：

（250000-113512）*0.73=99636.24元

每年节约电费10万元。

应用情况及社会效益：

自2015年3月份投入运行以来，满足了安全提升的需求。

在矿井安全生产中，具有极其深远的意义，技术应用前景极为广阔，社会效益无法估算。

应用单位负责人签名：

（公章）

年月日

十一、附件

1、科研项目计划任务书

2、副井绞车电控改造研究报告

3、副井绞车改造工业性试验报告

4、副井绞车改造效益分析报告

5、副井绞车检验安全报告

科研项目计划任务书

项目名称：

副井绞车电控的改造

承担单位：

机电队、机电科

开发机构：

起止年月：

2015.1—2015.3

项目负责人：

韩杰

一、立项依据和目的意义

香山矿副井绞车型号为2JK-3/11.5单绳缠绕式绞车，其原电控采用中信重工生产的PLC-TKD绞车电控，存在用电量大、用功效率低、调速不稳定等问题。

根据节能、高效的要求，经论证更换为中矿传动生产的CSAS型变频调速系统。

在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，特别是变频调速节电效果明显。

二．研究内容和技术方案

1、与其它调速方法的比较

交流电动机的调速方法有三种：

变极调速、改变转差率调速和变频调速。

其中，变频调速最具优势。

这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。

在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。

例如：

不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。

此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。

而交流电机就不存在这些问题，主要表现为以下几点：

第一，直流电机的单机容量一般为12-14MW，还常制成双电枢形式，而交流电机单机容量却可以数倍于它。

第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，而交流电机可做到6～10kV。

第三，直流电机受换向器部分机械强度的约束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转到一千多转，而交流电机的达到每分钟数千转。

第四，直流电机的体积、重量、价格要比同等容量的交流电机大。

最后，特别要指出的是交流调速系统在节约能源方面有着很大的优势。

一方面，交流拖动的负荷在总用电量中占一半或一半以上的比重，这类负荷实现节能，可以获得十分可观的节电效益。

另一方面，交流拖动本身存在可以挖掘的节电潜力。

在交流调速系统中，选用电机时往往留有一定余量，电机又不总是在最大负荷情况下运行；如果利用变频调速技术，轻载时，通过对电机转速进行控制，就能达到节电的目的，根据副井绞车几个月的用电数据与去年用电数据比较，节电效率达到50%。

2、适用条件

采用变频调速，一是根据要求调速用，二是节能。

它主要基于下面几个因素：

（1）、变频调速系统自身损耗小，工作效率高。

（2）．电机总是保持在低转差率运行状态，减小转子损耗。

（3）．可实现软启、制动功能，减小启动电流冲击。

3、主要包括以下内容：

（1）、高压供电设备（变压器、高压柜等）

（2）、提升机低压配电系统

（3）、提升机PLC控制系统

（4）、全数字绕线电机双馈转子变频调速系统

（5）、（四象限变流柜、滤波器、调节柜、风冷装置）

（6）、操作台及上位机监控系统

（7）、新老系统切换柜

（8）、其它部分外围设备

4、主要技术特点

（1）提供一套交-直-交三电平变频器，控制交流异步电机的运行。

（2）变频器功率因数不小于98%，不需功率因数补偿装置，额定运行状态下的谐波电流总畸变降低至3%以下。

完全满足国家电力行业和当地电力部门标准。

（3）整流装置的过载能力大于电动机的过载能力，在任何负载下，整流装置都能满足四象限安全运行要求。

（4）操作和保护系统采用两套S7-300PLC双线制控制，相互通讯及监视。

具有平稳“S”曲线控制，保证提升机平稳启动、运行。

系统各PLC之间通过双网络（MPI和PRFIBUS）进行数据交换，保证数据传输安全可靠。

（5）速度测量、安全回路等关键电路采用冗余结构设计，系统具有三条安全回路。

（6）电控系统具有紧急开车功能，在电控系统发生故障时，在确保安全的前提下，可实现提升机低速运行。

（7）变频装置总的散热量不大于变频器容量的1.0%，变频器自带风冷系统。

（8）电控装置设有柜内照明，并设置通风监视、交流220V电源插座，其柜体为框架结构。

（9）系统具有防雷击设计。

四．计划进度

1、2015年2月，确定设计方案，主要设备和设施装备的选型；

2、2015年3月，平煤香山矿完善参数设计与计算，进行设备的安装、调试及运行任务；

五．实现本项目目标具备的条件

1、安装单位拿出具体的施工方案，要进行充分论证，研究无误后，方可进行施工。

六．项目研究人员名单

姓名

性别

年龄

职称职务

承担内容

负责人

韩杰

男

队长

组织领导

项

目

参

加

人

赵安伟

南

书记

方案设计与实施

白由兵

男

主管技术员

方案设计与实施

赵利涛

男

科员

方案实施

杨帅

男

工人

方案实施

杨彦伟

男

工人

方案实施

刘军民

男

工人

方案实施

七．经费总概算

费用名称

数量

金额（万元）

经

费

总

概

算

设备费用

160

合计

160

八．经费支出明细预算表

费用名称

小计

金额（万元）

2013年

2014年

2015年

科研人工费

0.3

科研设备仪器折旧

0.1

开发试验设备租赁费

0.1

开发用材料与用品、半成品

0.2

中间试验费

0.1

试验矿的开挖费

技术交流费

0.1

技术培训费

0.3

水电费及其他能源消耗

0.1

技术图书资料费

0.2

科研开发设备调整费

0.1

技术咨询费

0.1

委外科研试制费

0.2

开发机构办公费

0.1

关键设备仪器摊销额（10万下）

0.1

科研用无形资产的摊销

0.1

项目前期论证费

0.1

与技术开发相关其他费用

0.2

合计

2.5

九、技术的先进性与技术资料

技术的先进性

从工程的技术、装备水平分析，平煤香山矿选用的设备安全保护装置均是国内目前先进且成熟的，代表了目前国内先进水平。

从工程施工组织分析，由于采用了优化技术，精心设计，严密组织，严格施工。

在难度上，首先要保证所有分项工程的施工质量，其次要确保各分项工程调试的一次成功，其难度为集团公司，乃至全省该类安装项目之最。

技术资料

ASCS-6绕线电机双馈转子变频调速系统总体结构包括：

高、低压配电、变压器、变频器、PLC控制系统、操作台、上位机监控系统以及外部其他外部设备等组成，系统总图如下：

1.高压开关柜

配置3台高压开关柜，其中两台出线柜，一台换向柜。

采用真空断路器和腾龙综保。

所有高压开关柜均具有“五防”功能。

高压柜中装有电流、电压、有功、无功等测量仪表和过流、短路、低电压、接地绝缘等保护装置以及供测量和保护用的电压、电流互感器。

高压真空开关柜配腾龙综合保护装置。

高压柜工作状态经PLC传输到上位机显示。

低压配电系统

2.控制电源柜：

进线为双回路进线，手动切换，各进出回路均配置有必要的保护装置，其工作状态经PLC监控系统采集，参与保护控制。

断路器选用塑壳式断路器，并配有辅助触点。

电源柜为提升电控系统提供所需的电压等级的控制电源并配备接地监视功能，能满足整个绞车房低压供电用。

提升系统辅机电源、各电压等级的馈出开关留有不少于10-20%备用回路，具体出线数量及容量按实际要求设计。

双回路进线开关；

电控设备本身需要的电源；

提升机辅助设备的电源；

起重机电源；

冷却风机电源；

提升信号设备电源；

备用电源，不少于两个回路。

3.整流变压器

配置一台整流变压器，采用干式整流变压器（带测温装置），高压侧±2×2.5%，五档，无载调压。

预置温度检测传感器并配套温度监视保护装置，将报警（大于90度），跳闸（大于100度）信号接点输出到主控PLC。

规格型号为SG10-400KVA，容量为400kVA。

4.变频器

采用先进的背靠背双三电平交直交变频方式，结构简单，效率高，代表变频器发展方向。

为了保证变频器高可靠性，主回路采用IGBT,电容器采用干式电容（标称寿命200000小时）。

5.提升机的工艺控制、监控系统及安全回路

通过以下几部分构成提升机的工艺、行程及安全回路的监控部分，可实现的主要功能包括：

行程控制、对提升机的操作、当有故障发生时的保护动作等。

PLC柜中主要采用SIEMENSS7-300系列PLC，共两台。

一组为操作保护PLC，主要负责操作闭锁及各种保护，另一组为行程PLC，主要负责生产运行S曲线、速度实时监控保护。

同时含UPS电

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