大型矿井主井提升机直流传动双电控改造
[摘 要] 枣矿集团付村煤矿主井提升机采用交流-直流转换供电方式，1 800 kW 直流电机驱动提升机，原电控系统只有 1 套(2 个)西门子 6RA70 整流装置，通过安装并成功调试直流传动双电控系统，实现了主井提升机整流装置一用一备功能，提高了主井提升机的运行效率和可靠性。
刘春涛; 吴涛; 杨海鹏; 刘强; 刘勇剑， 能源技术与管理 发表时间：2021-08-25
[关键词] 主井提升机;直流传动;双电控;整流装置
0 引 言
枣矿集团付村煤矿主井提升能力为 270 万 t/a，其运行效率和可靠性关系到矿井经济效益。由于目前主井提升机的 6RA70 整流装置技术含量很高，出现故障很难排除，一般采取更换备用整流装置的方法。因其属于大功率元器件，连接螺丝多，空间狭窄，整体更换 1 套整流装置至少需要 3~4 h，排除故障时间较长，直接影响主井提升效率。因此，提出传动双绞车电控部件改造方案，采用中信重工自动化研究所生产的直流传动双电控装置，并安装调试成功，当整流装置出现故障时，只需 10 min 就可以切换到另 1 套整流装置上，提高了主井提升机的运行效率和可靠性。
1 设计方案
1.1 可行性分析
原主井提升机传动系统有调节柜和励磁柜，采用磁场恒定、电枢反向方式。其中，电枢为并联 12 脉动，主从控制，包含 2 台 6RA70 直流装置，型号为 6RA7095-4LV62-0，1 900 A;电机磁场供电来自主电枢装置的励磁回路;传动系统采用速度反馈，即电机轴端编码器速度反馈，编码器型号为 SBH8196-5MD;PLC 系统采用 S7-300 系列双 PLC，1 台为主 PLC，另 1 台为从 PLC，主 PLC 负责提升机的主程序及系统管理。整个系统主从 2 个装置相互监视，从而确保提升机安全运行。
现在增加 1 套 (2 个)6RA80 整流装置，和原 6RA70 装置形成冗余结构，互为备用，PLC 柜和电源继电器柜不变，直流快开、电枢变压器、电抗器等不变，且公用。增加切换柜以进行新老整流装置的切换，确保 2 套传动系统的独立性、完整性和完全的电气隔离。当某套传动系统因故障需维修时，另 1 套传动系统可安全运行，不影响生产。新传动装置和控制 PLC 采用 PROFIBUS-DP 通讯方案，减少了不必要的切换控制线路。
1.2 具体设计方案
1.2.1 传动系统切换
(1)增加电枢调节柜 1 台。包含西门子公司 6RA80 全数字直流调速装置 2 台，装置型号为 6RA8095-4LV62-0AA0，1 900 A，并联 12 脉动，主从控制。
(2)增加功率切换柜 1 台。2 套传动系统的交流进线分别来自 2 台整流变压器，通过切换开关分别接入 2 套传动装置。切换方式为手动切换，切换开关基本参数为 AC 800 V、2 000 A。
(3)2 套传动装置直流输出，通过切换开关接入电机。切换方式为手动切换，切换开关基本参数为 DC 800 V、3 000 A。
(4)2 套励磁回路进线来自柜内的单相励磁变压器，通过各自的空气开关控制励磁电源，励磁的输出通过旋转开关切换。
(5)传动系统采用编码器反馈方式，编码器脉冲通过分频板分为 2 路脉冲，分别接入 2 套传动系统(分频板最大工作频率 250 kHz)。
1.2.2 控制回路切换
(1)主控系统对 2 套传动系统的控制采用相互独立的方式，不存在硬件线路交叉。原传动装置和控制系统采用硬接线方式，保持原系统不变;新传动系统和控制系统主要采用 PROFIBUS-DP 通讯和部分硬接线方式。
(2)新传动系统的控制和监视采用 PROFIBUSDP 通讯方式，主要开关量有：装置的启停命令、使能命令、启停状态、使能状态以及故障状态等;主要模拟量有：主控速度给定以及传动系统的电流、速度反馈。通讯程序和对传动系统的控制需增加新的 PLC 软件功能块，不增加硬件模块。
(3)新传动系统的反馈触点，如轻故障、风机运行、装置启动等反馈触点直接接入 PLC 备用 DI 口，需现场接线。
(4)操作台电枢电流表、励磁电流表信号采用来自 2 套传动系统切换后回路共用的分流器。电枢电压表来自切换柜中切换后直流回路电压检测。所以仪表不需要进行切换。
(5)安全回路中的传动系统重故障反馈触点，采用切换方式。
(6)控制回路不存在硬件线路切换，可减少控制系统的线路复杂性，同时减少改造时的硬件接线和后期的大量维护工作。
(7)控制回路的切换通过软件 PLC 程序实现，传动系统的控制采用 PLC 通讯方式。
(8)PLC 控制系统对 2 套传动系统切换，通过操作台备用旋钮选择实现，可选择原传动系统和新传动系统，同时传动系统主回路必须切换。
2 安装调试期间存在问题
(1)新设备调试期间与 PLC 通讯不正常。其原因是在 PLC 上检测不到传动装置，故障诊断时显示传动装置组态未知，认为是通讯线未连通。
解决方法：更换操作台 DP 通讯接头后发现仍有通讯问题，经检查通讯线，发现有些线在压接时并未将通讯线外皮清除干净，重新将接线位置的通讯线外皮剥除并压接后，通讯故障排除。
(2)新传动设备调试期间不能驱动电机。其原因是参数设置后无电流输出，装置报 F60031(设定反馈偏差大)故障，分析认为是参数在互锁中存在问题，重新检查参数后，装置转矩互锁不正确。
解决方法：修改参数后做试验，现象有所改善(将串口通讯改为端子通讯)，但未达理想状态，将装置恢复至出厂状态，重新设置参数后故障解除。
(3)老装置接通系统后报编码器故障。其原因是编码器信号没有传到装置，怀疑是编码器信号在传输过程中有断线或者接线错误。
解决方法：检查编码器接线，发现在编码器分线箱中，编码器至分线箱端子接线正确，指示灯指示正常，但装置接线端子处指示灯不亮，接收信号检测不到电源，确定分线箱中编码器进线有电源而分路中没有电源，将分线箱中电源模块电源(5 V)引至分路中，故障现象消失。
(4)新老系统切换状态不正常。其原因是闭锁反馈回路连线有交叉或线路间有短接。
解决办法：检查切换闭锁回路各反馈继电器动作正常，检查连线号正常，检查每个柜内接线正常，检查 C6 柜多层转换开关(励磁转换开关)在新老系统励磁转换时都处于导通状态，现场无多层转换开关闭锁，现场测试各个触点间关系，找出正确闭锁关系，调整接线后恢复正常。
(5)操作台在控制传动系统时无法通讯。其原因是操作台与传动系统间通讯线路可能存在故障，或操作台发送信号有错误。
解决方法：检查操作台与传动柜间通讯电缆有无脱落，用笔记本电脑连接传动装置可以正常在线和修改参数，判断为通讯线路正常。信号发送有故障，查找通讯协议与所使用一致，检查发送程序，逻辑有缺陷，在无使能时不能向传动装置传送通讯字，控制字发送应在使能前发送，更改后正常。
(6)在设计主井双电控直流切换柜时，从刀闸 QS3 和 QS2 分别引出一路动力电缆到电机负极接线腔。由于主井一楼至电机只有 1 个穿墙孔，经研究，在直流切换柜 QS3 和 QS2 刀闸下再增设 1 个母排，这样新老整流装置至电机负极只需要 1 根电缆，把这根电缆固定在连接母排上就可以了。
(7)因切换柜设计为人工切换方式，刀闸未使用真空断路器，切换费时费力。在条件允许的情况下，各切换刀闸使用真空断路器，既能延长设备使用寿命，又能加快切换速度、节省人力。
3 效益预测
双电控安装之后，如果某套装置出现故障，可在 10 min 之内完成切换，极大地减少了影响时间。按主井提升能力 480 t/h、原煤售价 500 元 /t、影响时间 4 h 计算，因处理装置故障将造成 96 万元经济损失。