交流变频调速装置在煤矿皮带输煤机系统上的应用

第一篇：交流变频调速装置在煤矿皮带输煤机系统上的应用

交流变频调速装置在煤矿皮带输煤机系统上的应用 【作者：樊磊

杜凯

整理：李占标】

摘 要：交流变频调速装置在煤矿皮带输煤机系统上的应用。煤矿皮带输煤机机械负载大，且不稳定。而传统的调速系统比较落后。采用变频调速技术先进，运行可靠、安全，节能。论文关键词：变频调速

煤矿输煤机系统是煤炭生产过程的重要环节，皮带输煤机系统每天运行时间长，负载重，担负着输煤的重要职责。平煤集团是50---60年代建设的老企业，采用的输煤机设备已较陈旧。输煤机皮带在固定的轨道上往复运行，同时通过棍轮的传动将煤炭在输煤皮带上运送至预定的位置。平煤集团的输煤机转速调节设备一般采用电磁调速异步电动机，通过电磁转差离合器来实现调速的方法称电磁调速。电磁调速异步电动机（俗称滑差电动机）是一种交流无级调速设备。电动机采用组合式结构，由拖动电动机、电磁转差离合器和测速发电机等组成，测速发电机是作为转速反馈信号源供控制用。这类电动机的无级调速是通过电磁转差离合器来实现的。在实际运行中存在以下问题：

（1）采用滑差调速速度损失大，因为电磁转差离合器本身转差较大，所以输出轴的最高转速仅为电机同转运的80%～90%；

（2）滑差离合稳定性差，电控线路复杂故障多，维护检修工作量大；

（3）调速过程中转差功率全部转化成热能形式的损耗，效率低；主要通过增加转差功率的消耗来换取转速的降低，因而效率较低；

（4）输煤机工作环境粉尘很大，经常发生转差离合器被粉尘填塞、卡死现象，故障率高，严重影响系统的可靠运行；（5）原有电气控制部分线路因多年运行已不能满足现有生产运行的要求，需更换。

基于上述原因，平煤集团应决定对输煤机进行改造。我们提出了采用变频调速技术进行改造的方案。变频调速是通过改变供给电动机的供电频率，来改变电机的转速，从而改变负载的转速。变频调速器是利用电力半导体器件的通断工作将工频电源变换成另一频率的电能控制装置。异步电动机用变频调速器的原理是将交流顺变成直流，平滑滤波后再经过逆变回路，将直流变成不同频率的交流电，使电机获得无极调速所需的电压、电流和频率。变频调速具有效率高、调速范围宽、精度高、调速平稳、无级变速等优点。变频器按主电路分为电压型和电流型：

电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；

电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路的滤波是电感。1 方案说明

1.1 按照平煤集团设备的技术要求，设计方案选用国产变频器，是磁通矢量控制方式变频器。输煤机起动转矩大，低速时属大力矩输出，负载变化剧烈。而一般的V/F控制、转差频率控制的变频器无法满足其要求。而磁通矢量控制方式是将定子电流分解成产生磁场的电流分量和与磁场相垂直产生转矩的电流分量，分别进行任意控制，二者合成的定子电流供给电动机，因而采用磁通矢量控制方式的变频器，调速范围宽、过流抑制能力强、转矩控制性能好，尤其可以控制静转矩。

变频器有以下功能: 磁通矢量控制 V/F控制方法，IGBT晶体模块，转差补偿控制，瞬时掉电再启动（15ms）,高启动转矩（1HZ时150%），低噪音运行，自动保护功能齐全，在设计中将变频器AM的模拟信号输出（0-10V）用“维博”直流电压传感器转换为一路4-20mA控制信号,将该信号接至输煤程控系统经转换后直接在输煤程控系统控制画面上显示，便于运行、维护人员观测设备的运行状态。变频器操作面板为FR-PU04-CH,设计中通过PU连接线将此操作面板安装在控制柜操作板上，便于操作。电机则更换为变频调速电机，型号为YVP-xxx-4-315kw。（或215、260kw）1.2 为解决输煤机机构与行走机构电气上有互锁功能的问题，我们选用了日立公司的系列PLC（小型可编程序控制器）替代原继电器控制回路，使系统接线简洁明了，同时提高了系统可靠性，便于操作、维护。日立电气为适应小型独立机器的控制推出的一款性价比较高的紧凑型控制器。体积小巧，功能强大，通过设计PLC程序，日立 PLC不仅在系统中控制着输煤机的往复行走动作，且输出设备运行状态，对于故障状态如变频器故障、行走长时间未到行程开关位置都会自动输出报警信号，并停机。在电气设计上设置就地控制和远程控制两种工作模式，当选择就地控制（手动工作方式选择开关，此信号联接输煤程控系统）时，输煤机构停止运行时，通过控制回路互锁，行走机构将不能运行，手动启动输煤机构正常运转后变频器将输出控制信号（控制中间继电器触点串联于行走机构手动控制回路中），然后可通过选择手动操作按钮使行走机构动作。当选择远程控制（自动工作方式选择开关，此信号联入输煤程控系统）时，输煤系统程控给予的启动信号作为启动输煤机构的必要条件（无源接点容量为直流24V，2A，同时可以通过DC4-20mA电流信号输入进行变频器频率设定。）当输煤机运行后，通过变频器输出运行信号（继电器输出信号，230VAC，0.3A）给输煤程控系统,当需要输煤机行走运行时,程控系统给出向前或向后的远方输入信号给行走控制部分,行走机构按操作指令运行。

1.3变频器各种自动保护功能齐全，过电流断路、再生过电压断路、电压不足、瞬时停电、过负荷断路失速防止、散热片过热、制动晶体管报警、接地过电流，输出短路，主回路元件过热等等，当出现上述故障时，变频器自动保护停止运行并通过接点输出方式输出（230VAC，0.3A）信号给程控系统，同时可输出控制柜报警灯指示。2 改造后效果

采用变频器调速系统改造后的输煤机，重载低速起动可靠、运行稳定，加减速时间的设定使各挡起制动速度相当平稳，控制精度高。输煤机的工作状态及变频器的频率显示、给定都能在输煤程控系统画面上一目了然或操作。采用PLC的控制，大大减少了控制柜的中间元件和减少了繁杂的布线，减少了故障点，使系统的可靠性进一步提高。经过一段时间的试运行，证明完全解决了设备原有问题，为输煤系统正常运行提供了有力的保障。3 结语

输煤机变频调速系统对电机冲击小，调速性能优良，节能效果显著，减少了维修工作量，提高了工作效率。参考文献：

[1] 日立 PLC系统手册，编程手册.[2] 电气工程师手册.

第二篇：智能变频调速装置在煤矿中的应用

智能变频调速装置在煤矿中的应用

沈占彬

张晓军

(平顶山工业职业技术学院，河南

平顶山

467001)

矿用交流提升机在减速和爬行段的速度控制困难，不能实现恒减速控制，转子串电阻调速能耗十分大，控制电路复杂，经常产生故障和损坏等问题。在斜井提升机系统中应用变频器，节能效果显著，应用前景广阔。目前矿用提升机普遍使用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，特别在负载变动时很难实现恒减速控制，经常会造成过放和过卷事故。提升机频繁的启动和制动工作过程会使转子串电阻调速产生相当严重的能耗，转子串电阻调速控制电路复杂，这种转子串电阻调速属于有级调速，低速转矩小，转差功率大，启动电流和换档电流冲击大，中高速运行振动大，制动不安全不可靠，对再生能量处理不力，斜井提升机运行中调速不连续，容易掉道，接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏，故障率高，影响生产效益。特别是在煤矿生产中不能实现防爆要求。针对串电阻调速系统的这些问题，本文介绍变频器在提升机调速系统中的应用。变频器的调速控制可以实现提升机的恒加速和恒减速控制，能很好的防止提升机过卷和过放事故发生。变频器的调速还可以实现电动机的软启动，去除了转子串电阻造成的能耗，具有十分明显的节能效果。变频器调速控制电路简单，克服了接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏的缺点，降低了故障和事故发生。交频器灵活的调速控制便于实现提升机的多段速控制，能防止叉道和弯道脱轨事故。因此，变频器在提升机调速系统中的应用有十分广阔的前景。

鉴于变频调速提升绞车的优越性，我矿采用唐山开诚电器有限责任公司生产的ZJT-30型隔爆兼本安智能变频调速装置。该变频调速装置主要整流及逆变元件和PLC及辅助元件均采用进口产品，具有可靠性高、使用寿命长等特点。它能有效地保护电机，延长电机的使用寿命。由于变频调速装置采用了隔爆兼本质安全型设计，符合《煤矿安全规程》的要求，可应用于煤矿井下含有煤尘、瓦斯爆炸危险的环境中，作为局部风机、水泵、空压机、提升绞车、皮带运输机及其它设备电机的变频调速和起停及保护控制，从而实现节能降耗、安全生产、延长电机使用寿命等多重目的。

系统的优点

本系统设有一条硬件安全电路和两条软件安全电路，这三条安全电路相互冗余与闭锁，一条断开时，另二条也同时断开。安全电路断开后，系统会立即解除运行控制指令，封锁变频器，分制动油泵，断开安全阀和KT线圈,进行紧急制动。

(1)实现了软启动、软停车，减少了机械冲击，使运行更加平稳可靠。

(2)起动及加速换挡时冲击电流很小，减轻了对电网的冲击，简化了操作、降低了工人的劳动强度。

(3)运行速度曲线成S形，使加减速平滑、无撞击感。

(4)安全保护功能齐全，除一般的过压、欠压、过载、短路、温升等保护外，还设有过卷、等速超速、定点超速、PLC编码器断线、错向、传动系统故障、自动限速等保护功能。

(5)设有回馈制动、抱闸制动制动方式，更加安全可靠。

(6)该系统四象限运行，可实现绞车的调速、换向、能量回馈制动等功能，且不受回馈能量大小的限制，适应范围广，节能效果更加明显。

(7)采用双PLC控制回路，能够实现双回路保护，一回路出现故障，另一回还可以继续运行。提升机变频调速的系统结构

图1：绞车电控系统图

图1所示，提升机ZJT-30-MSC隔爆兼本安智能变频调速其主要配置为变频调速系统、PLC控制系统及轴编码器监测系统组成，其中变频调速系统（图2所示）又分为输入电抗器、可控整流系统、电容平波系统、输出逆变系统。变频器主要对提升机的升降实现变频调速等，可控整流系统是一种可回馈电能的逆变器，它可单独作为高质量的无功补偿器使用，也可与其他系统相结合组成新的系统，以实现能量在交流侧和直流侧的双向传输，同时，系统可将交流侧的功率因数调整到任何希望的数值，且交流侧的电流为近乎完美的正弦波。电容平波系统主要对电网脉动整流滤波使其达到输出的波形平稳。PLC控制系统主要对提升机的变速、停车和精确制动、提升启动、下降启动、故障复位及紧急制动等操作控制。抱闸制动主要实现提升机停车控制。轴编码器监测系统是把运行的速度及方向和位置信号进行转换传输到PLC控制系统中。

3-AC660V1L11L21L3电抗器箱变频器箱+HA-Q01BUS++L1L2L3185KW,660V+UVWPE+M~BUS-图2 变频调速系统提升机变频调速系统按工作方式又分为变频器、行程控制、操作控制和抱闸控制。1.变频器

在提升机系统中的应用中，变频器主要进行恒加速变频调速启动、恒减速变频调速停车及行程变频调速运行等变频调速。变频调速是通过改变电机输入电源的频率来调节电机转速的，因此调速范围很宽，一般变频器基本上都可以达到0～400Hz，频率调节精度一般为0.01Hz，可以很好地满足提升机的恒加速和恒减速无级调速的要求。采用变频器后，电机可以实现真正意义上的软启动和平滑调速。变频器调速有别于转子串电阻调速，降低了转差率，提高了电路的功率因数，可以恒转矩输出，输出功率随转速变化，因此具有很好的节电效果。另一方面，变频器还可通过软件，很方便地改变输出转矩（即调整转矩补偿曲线）和加减速时间、目标频率、上下限频率等。变频器还具有强大的兼容功能，并根据使用要求进行功能组合，参数设置（修改）和动态调通。变频器也可通过端子排控制，对行程进行多段速度控制。图3为变频器恒加速和恒减速调速过程示意图，加速和减速过程可以灵活的调节，这种调速方式对防止提升机的过卷、过放、脱轨等都是十分有利的。

2.行程控制（PLC控制）

图3是提升机提升和下降过程示意图，行程控制分为2个过程，一个为正向提升行程，另—个为反向下降行程。行程控制主要将提升机的升降过程划分成不同的行程区间，根据每一行程区间的实际情况，可以用不同的变频调速控制提升机的升降速度。行程控制不仅控制提升机整个升降行程过程的变频调速，而且控制提升机的停车和制动过程。行程控制可以很好的防止提升机过卷、过放、脱轨和翻车等事故发生，特别适合具有弯道和叉道的特殊斜井。

行程控制是根据提升机的升降位置（行程区间）实施控制，PLC将行程位置转换成开关信号 3（如图1所示），发出指令控制信号传输到变频器进行多段速变频控制，停车控制和制动控制等。

3.制动控制

提升机的安全使用必须要有良好的制动和制动控制系统。制动一般采取回馈制动和抱闸制动相结合，回馈制动主要利用提升机的惯性在减速和下降行程所产生的再生能量进行制动。变频器使用回馈单元实现回馈制动，这是一种软制动形式，能很好的防止机械冲击和快速下滑。为了防止滑车等事故，使用抱闸对提升机实施抱死制动，抱闸制动—般在停车时使用，当运行到停车位置时，PLC对变频器发出停车信号。同时，对抱闸制动器发出抱闸控制信号，实施抱闸制动。当发生脱轨等事故时，操作控制实行紧急抱闸制动。

4.操作控制

操作控制主要执行提升启动、下降启动各紧急抱闸制动等控制。“提升启动”操作控制变频器正转运行，提升过程由行程控制器的提升行程控制完成。“下降启动”操作控制变频器反转，下降过程由行程控制器的下降行程控制完成。“紧急制动”操作主要控制异常时的变频器停止和抱闸制动。

工作原理

ZJT-30-MSC隔爆兼本安智能变频调速系统的工作原理是：操作台发出操作指令信号，传输到PLC-A1和PLC-A2，PLC-A1和PLC-A2根据轴编码系统、保护系统传回的信号进行内部比较，然后根据程序控制变频器执行起动、停车、制动、保护等功能。在PLC-A1故障或与其有关的编码器故障时，将“应急方式”转换开关打在“应急1”位置,利用PLC-A2可实现应急手动开车；同样在PLC-A2故障或与其有关的编码器故障时，将“应急方式”转换开关打在“应急2”位置,这时在PLC-A1内可把与PLC-A2相关的信号旁路掉，利用PLC-A1可手动开车。

变频器是通过改变电机定子供电频率来改变电机的转速，以实现绞车的调速。交流异步电动机的转速公式为

n=60f1(1－S)／p 其中n—电机转速 f1—定子供电频率

p—极对数 s—转差率

其中变频调速系统的工作原理如图2所示，系统内部采用矢量控制思想，“交—直—交”变频理论最终产生PWM电压。AC660V电源由隔爆接线腔 R、S、T 三个接线柱接入隔爆主腔内，经整流平波电路输入 IGBT 逆变桥，由逆变电路输出 U、V、W 来驱动电机的运行，对电机频率的调整控制，可根据现场的工况需要，由外部速度钮，以无级调速的方式设定好实际需要的参数值（即频率／速度值），以达到精确地适应所需频率 ／速度 ／功率的输出的要求。当工作现场的工况要求发生变化时，可随时用本质安全型参数程序控制器（键盘或 CCS 操作台）来修改参数，应用方便、灵活、可靠。

现场应用情况及运行效果

从2004年10月份到目前，平煤集团四矿使用该ZJT-30-MSC型智能变频调速装置以来，经过测算和试用相比较，节电率达到30%以上。同时变频绞车改造后绞车运行的稳定性和安全性大大增加。因此大大减少了运行故障和维修时间，节约了大量人力和物力，在很大程度上提高了四矿的运输能力。

第三篇：输煤系统堵煤检测装置应用探讨

输煤系统几种堵煤检测装置在实际应用中经验探讨

焦新忠 朱宏鹏

（玉门油田分公司水电厂生产运行部 甘肃省玉门市 735200）

[摘要]对近几年来国内火电厂使用的几种堵煤检测装置在实际应用中研究分析，掌握对比其优、缺点，分析各种检测装置在生产实际应用中应注意的事项，提高电厂输煤系统堵煤检测装置实际应用和维护管理水平。

[关键词] 堵煤 堵煤检测装置 可靠性 1前言: 现在国内大多数火电厂输煤系统都实现了输煤程控控制，电厂实现输煤程控运行后，其主要监视通过各主要监视点设置的摄像头实现程控站监视，各岗位安排巡回检查人员做定期的巡检查，输煤系统在运行过程中，当其中一个岗位发生皮带跑偏、或发生皮带撕裂、堵煤故障时，各类保护报警并动作，输煤系统按照设定的程序实现停车，当现场保护元件误动作或在事故状态下不动作，则可能造成输煤运行事故，所以输煤程控系统现场各类保护装置的是否安全可靠，是保证程控可靠安全运行的最主要条件。根据国内电厂实际运行经验，转运站下煤管发生堵煤故障，是造成输煤运行事故的主要因素之一，其原因是转运站下煤管发生堵煤过程中，无法通过现场设置的摄像头及时检测发现，只有发生堵煤后，原煤溢出头部漏斗或堵煤卡住皮带转动后才可能通过摄像头发现。所以可靠安全的堵煤检测和防闭塞装置是确保输煤程控安全运行的有效条件之一。

多年来，各火电厂、输煤保护装置设备专业厂家、输煤程控厂家通过各电厂生产实际经验，对输煤系统堵煤检测装置和防堵煤装置都在不断进行优化改进。2输煤堵煤检测与系统设备连锁原理

我厂输煤系统各转运站设置安装的堵煤检测装置和防堵煤装置采用的连锁逻辑同国内各电厂大致相同，即转运站各下煤管各单独设置安装一套堵煤检测装置和防堵煤装置，当运行下煤管有堵煤并有信号时，安装在下煤管低部的防堵煤装置（电器振动器）工作振动疏通下煤管堵煤，防堵煤装置连续延续振动在4秒内堵煤信号消除，则系统正常连续运行，振动超过4秒，堵煤信号不消除，则下煤管故障点及其上端设备瞬时停机（即#3皮带到给煤机停机），故障点下端设备保持原工作状态不变，待故障解除后，可从故障点向上游重新启动设备，同时满足从故障点下端开始延时停设备，为防止三通漏煤造成备用下煤管产生堵煤信号，堵煤信号的发出要与下煤管下端运行设备和三通信号位置（#4或#5）对应，即备用端下煤管发生堵煤时，不发生堵煤信号，电器震动器不动作，系统设备在停机状态（没有做流程选择和设备预启动），不发生堵煤信号。3各类堵煤检测装置安装及使用特点分析

我厂输煤从2004年投用输煤集中控制（运行几个月后转换为就地控制）到程控系统从2005年安装调试到现在，使用和参考过多种堵煤检测装置（其中有只包括通过技术资料），现将各传感器在使用过程中实际经验及优、缺点作对比分析。

3.1采用气动气压原理感应堵煤信号，早期投用输煤集中控制的电厂有部分使用这种作为堵煤检测和保护,其原理是，将一定压力的空气通过管线连接到下煤管内，输气管线上安装感应仪表，通过管线内气体的压力变化感应并变送输出堵煤信号量，当运行下煤管内发生堵煤时，管线到下煤管内排气口被原煤堵塞，输气管线产生压力变化转变成堵煤信号传出，如图

（一）所示。其特点是可靠性较好，但需要安置风泵等气源设备，下煤管排气口容易堵塞,优点是传感元件安装在管线上，不容易损坏，可靠性较好。

图示(一)

3.2近几年多数程控厂家多采用徐州拉姆齐公司生产的倾斜开关作为输煤系统堵煤信号传感器较多，我厂现在部分下煤管位置安装使用，其工作原理和安装要求是，倾斜开关垂直安装在各下煤管上侧，因输煤系统下煤管倾斜与皮带工作面30度安装，物料经过三通后沿下煤管底部向下流动，当发生堵煤时，原煤从下向上溢满下煤管，当原煤到达开关位置时，原煤顶撞开关时开关产生不小于17度的倾斜量，开关感应并输出堵煤信号，电器振动器振动疏通下煤管，感应堵煤信号超过4秒后，堵煤信号若不消除，下煤管对应的上端设备连跳停机。这种开关设有长开和长闭两种，也通常使用在料流检测系统中，如输煤系统料流检测装置就使用这种开关，我厂#4下煤管安装的这种开关布置位置如图示

（二）。

这种开关用于下煤管做为堵煤检测装置，其存在以下特点，故障率较低，其信号输出比较可靠，但这种开关在我厂安装调试初期运行中经常出现输出误信号，原因是原煤在下煤管底部流动时，有个别块状煤块运行轨迹不确定，有瞬间撞碰倾斜开关产生堵煤信号输出，振动器频繁动作，针对这种情况，我厂在安装位置安装了用于高度调整的螺栓，可根据不同季节，不同煤质调整其感应高度，冬季煤质湿度较低时，原煤在下煤管运行轨迹较不稳定，可适当调高感应高度。这种开关存在的一大缺点是，有时发生堵煤时开关不倾斜造成堵煤事故。

图示(二)3.3同时也被多数电厂使用的为西门子Milltronics 倾斜开关实现堵煤物位检测，同时配套用于皮带运输机溜槽堵塞检测，皮带跟踪和无进料检测也是经济的解决方案。

西门子斜开关由坚固的全包封外壳和一个电子放大器组成的，安装中同样要求探头垂直悬挂在箱体或皮带上方和探头内封装开关，当物料在任何方向倾斜其角度大于17度时，倾斜角水银接点报出一次事故信号。放大器提供一个继电器输出，如可调延时至可忽略的接点打开误动作，外壳上有两个LED指示灯：绿的/正常和红的/报警。

3.4另一种通常使用的堵煤检测装置为平板电容传感器，如美国puiliter公司和拉姆齐公司是生产这种传感器专业厂家，同时也被多数使用于电除尘、灰库等电厂设施的物位检测中。其安装位置如图示(二)右侧示意(我厂输煤#1下煤管上安装)，因这种感应装置感应面为原形平面，安装在下煤管上容易粘灰发生误信号，但这种传感器灵敏度可调整，使用中应注意根据运行实际调整灵敏度并经常性清理传感器感应面。

3.5采用西门子CLS200高料位开关，作为下煤管堵煤检测装置，这种开关分超声波和电容性两种型号，两种性能的传感器在用于料位检测时其灵敏度都可根据环境条件特点调节其感应灵敏度，超声波高料位开关，用于输煤程控高煤位感应其可靠性较高，故障小，当用于输煤系统料位检测感应装置时，由于下煤管粉尘浓度较大，超声波高料位开关用于下煤管做为堵煤检测装置，因其感应探头容易粘灰导致其灵敏度不理想。

电容性CLS200高料位开关，因煤尘对其感应灵敏性影响较小，是一种较理想的转运站下煤管堵煤检测装置，对介电常在1.5或以上的任何介质检测出其振荡频率的变化，甚至能检测到与介质接触或接触前动作。其在下煤管布置安装结构如图示(三)。电容性CLS200高料位开关作为堵煤检测传感器，其实用性与倾斜开关相比较，可靠性较好，它在下煤管安装要求及运行中维护事项与倾斜开关大致相同，其工作原理是，当有物料有接触其感应探头时，输出开关量做为堵煤信号，安装中应注意采用活动调节螺栓，可根据不同煤质或环境调节探头感应高度，避免探头与下煤管不规则煤粒相互碰撞产生误信号，开关安装位置需要设置检查门，用于清理积灰和探头维护保养，开关设置有灵敏度调节功能，在运行中可根据灰尘粘接探头影响灵敏度程度和运行实际调节其灵敏度。

电容性CLS200高料位开关存在的缺点是，高粉尘对它的可靠性会产生一定的影响，生产运行中需制定定期清理保养制度，同时要求转运站除尘设备有效可靠，保证探头不能经常性严重粘灰。另一种为新型西门子CLS500电容物位开关 ,其特点与CLS200相比它可以工作在工艺温度400℃和压力525bar 的苛刻工艺条件下，其屏蔽性能强,特别是感应探头对检测煤质产生的挂料、粉尘和冷凝物的影响适应性较强，做为输煤系统堵煤检测是一种理想新型优选的堵煤传感器。

(2)(1)(1)(2)

图示(三)4结束语

不同堵煤检测装置各有其不同的优缺点，电厂在安装使用中应根据各自的环境条件选用，在安装中应注意结合自身的运行条件合理布置结构，如根据煤量大小、下煤管斜度或垂直布置、除尘器效率的不同等制定调整高度和安装结构、防护罩结构、检查门等，以及制定在维护管理方面有关的制度。同时随着各专业厂家的不断技术革新，不断有更可靠的产品产生并被应用，电厂应及时掌握新产品信息，不断改新完善，确保设备安全可靠运行。

第四篇：高压变频调速装置在除尘风机上的应用

高压变频调速装置在昆钢集团二炼钢厂除尘风机上的应用

阅览次数：881 来源：《控制与传动》 作者：杨文喜 秦强林 陈卫东

概述：

文章根据昆钢集团二炼钢厂为了提高系统自动化程度、改善工艺条件从而在转炉吹氧风机的设计上采用了东方凯奇公司高压大功率变频器替代传统的液力耦合器进行调速的情况，结合东方凯奇公司高压大功率变频器在现场的使用情况、以及与液力耦合器进行对比后的情况总结了采用变频器后的优点、对提高工艺水平的好处以及良好的节能效果。

从使用的情况看，高压大功率变频器完全可以适应这种场合的应用，它的优异性能将会为用户带来极大的方便和产生良好的经济效益。

关键词：高压变频器，液力耦合器，除尘风机，调速节能

1.工程概述

昆钢二炼钢厂现有原设计公称容量15吨氧气顶吹转炉三座，2000年对转炉进行了扩容和氧枪改造。2001年二炼钢厂全年共产钢90.6万吨，转炉平均出钢量为22吨/炉，装入量为24吨。2002年二炼钢全年共产钢104.5万吨。

随着国民经济的高速发展，需要在现有设备条件下尽力挖掘设备潜力，提高钢铁产量。根据我们调查和分析，限制二炼钢厂综合产钢能力提高的主要因素是转炉系统产钢能力不足。

转炉产钢能力主要受出钢量，转炉作业率和缩短冶炼周期等因素制约。为实现150万吨综合产钢能力，除了对转炉扩容外，还必须提高转炉作业率和缩短冶炼周期。通过理顺物流，可减少转炉等待时间2.5分钟；提高铁水质量，增加供氧强度，缩短供氧时间2.5分钟；稳定原料成分，减少波动，可提高转炉一次倒炉出钢率，缩短终点倒炉取样及测温时间1.5分钟。冶炼周期可从现在的29.47分的基础上缩短至23.5分钟以内，使二炼钢厂的综合产钢能力达到150万吨。

在市场竞争日益激烈的前提下，昆钢集团有限公司二炼钢厂积极采取措施在增加产量的同时降低消耗，使企业在市场竞争中增加竞争力。

2.调速方案的选择

昆钢二炼钢厂在2003年6月扩建炼钢厂设计综合产钢能力为150万吨，其三座转炉分别配置三套除尘系统，该系统一方面将燃烧不完全的煤气回收，另一方面通过除尘风机排除剩余烟气，为满足钢厂节能及环保的要求，除尘风机根据炼钢工艺在吹氧及炼钢时高速运行，其余时间为低速运行。

为了满足生产工艺，使系统的运行符合工况，肯定需要系统有良好的调速性能。传统的解决办法是采用液力耦合器调速技术方案、直流调速技术方案以及其它方式的调速方案。一般采用液力耦合器进行风机调速的居多，由于液力耦合器本身的技术缺陷，在该系统中已难以较好地满足生产工艺要求，这些缺陷有：

a．采用液力耦合器时，在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速相应，同时这时候的电流较大，如整定不好会引起跳闸，影响系统稳定性。

b．液力耦合器本身控制精度差，调速范围窄，通常在40％～90％之间； c．电机启动时，冲击电流较大，影响电网的稳定性。

d．在高速运行时，液力耦合器有丢转现象，严重时会影响工作的正常进行。e．液力耦合在调速运行时产生机械损耗和转差损耗，效率较低，造成电能浪费。f．液力耦合器工作时是通过一导管调整工作腔的充液量，从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求；因此，对工作腔及供油系统需经常维护及检修。液力耦合器经过一段时间使用，其维护费用较高，g．液力耦合器故障时，无法再用其它方式使其拖动的风机运行，必须停机检修。h．耦合器运行时间稍长，会漏油严重，对环境污染大，地面被油污蚀严重。i．风机和电机的运行噪音大，达到90dB左右，严重影响操作人员的身体健康。从以上情况来看，如果使用液力耦合器，会制约昆钢二炼钢厂节能降耗，降低生产成本，提高生产效率，增加企业竞争力的目的。

由于使用液力耦合器有这些固有的缺陷，现在有很多企业已经采用新型的高压大功率变频调速装置拖动风机，取得了良好的应用效果。

2003年6月，昆钢集团二炼钢厂和成都东方凯奇公司经过技术磋商，决定在1号转炉的除尘风机上进行变频改造，以满足风机调速的要求，改善工艺状况。3.变频改造方案实施

除尘风机是除尘净化系统的动力中枢，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产，造成巨大的经济损失，还有可能危胁到现场生产人员的人身安全；另外，调速系统工作的环境比较恶劣；同时转炉又周期性间断吹氧；所以，和除尘风机配套的高压调速系统，要求具有极高的可靠性。基于以上工作特点，对变频调速系统的主要要求如下： a.要求变频器具有高可靠性，长期运行无故障。

b.要求变频器有完美的旁路功能，一旦出现故障，可以先切换到单元旁路下运行，同时也可以使电机切换到工频运行。

c.调速范围要大，效率要高。

d.具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速。

e.有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘振。系统原理图如下：

其中K1、K2、K3为变频器的旁通柜，K1、K2与K3互锁，从系统的原理图中可看出，进行变频改造对原系统改动较小，可在较短时间内完成改造方案，K3的加入可使变频在有故障的情况下工频旁通。该变频器的参数如下： 型 号：DFCVERT-MV-1000/6B 输入参数：

额定电压：三相交流6.3kV±10％ 频 率：50Hz 输入侧电流畸变率：＜4%（30%负载以上）输入侧功率因数：＞0.96（20%负载以上）输出侧电流畸变率：＜3% 效 率： 96％ 输出参数：

容 量：1000kVA（适配电机功率800—850kW）额定输出电压：6kV 额定输出频率：50Hz 输出频率范围：0.1—50Hz 频率分辨率：0.01Hz 升降速时间：1—3000秒可调 电流波形：完全正弦 其它：

防护等级

IP31 环境温度

0-40℃ 环境湿度

90%,无凝结 海拔高度

1860米

高低速逻辑控制功能（加减速时间均可按照工艺要求设定）具有标准PID控制功能

具备故障查询功能，与上位机联机后可以打印故障 支持DCS、ProfiBus网络化运行 支持远端操作显示

输入输出保护：输入缺相、欠压、过压、过流；输出过流、缺相、不平衡等 内部保护：过载、过热、通讯故障、单元自动旁路故障单元等;电机参数如下：

电机型号：Y B630S1-1 额定功率： 800kW 额定电压： 6kV 额定电流： 90.6A

额定转速： 2950r/min 功率因数： 0.89 风机参数如下： 风机型号：D1100 额定流量：66000m3/ h 全 压：24658 Pa.g 效 率：95.5%

2003年8月底变频器发往现场，9月中旬变频器完成了现场的安装调试工作并正式投入生产运行。

变频器从制造到正式投入使用，所用的生产、安装、调试周期都很短，总共仅有3个多月的时间，保证了1号转炉的技术改造的周期和正常的生产。

同传统的液力耦合器比较，东方凯奇电气有限责任公司生产的高压变频器有以下优点：

（1）运行稳定，安全可靠。原来使用液力耦合器大概40天左右就必须更换轴承，每次需停炉半天左右，带来的巨大的经济损失。DFCVERT-MV型变频器具有免维护的特点，只需定期更换柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。（2）节能效果较为显著，大大降低了吨钢电耗。

（3）电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机会处于共振点运行的可能性，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机和风机的使用寿命和维修周期，提高了设备的使用寿命。

（4）变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。

（5）变频器同现场信号采用可靠的连接方式，控制方便，性能可靠，满足炼钢生产的需要。变频器内置有PLC，现场信号接入灵活。在控制逻辑上，由现场（转炉）为变频器提供一对高速、低速节点，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行；由变频器自身的频率输出进行转速测定，可以取消原来同电机相连的测速器，由变频器为现场直接提供电机转速指示。

（6）设备适应电网电压波动能力强，有时电网电压高达6.9kV，或者电压低至5.5kV变频器仍能正常运行。

（7）同液力耦合器比较，在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承或者对液力耦合器进行维修，避免了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了极大改善。

（8）由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，因此电机和轴承的温升都明显低于采用液力耦合器的系统，这样可以延长风机系统的使用寿命。

从现场投运来看，该变频器通常运行在高速和低速两种状态，当转炉在吹氧和炼钢时，变频器由低速转入高速状态，上升时间要求在1分钟之内完成，否则在吹氧和炼钢时要产生大量的烟气，若不能及时排出烟气，将会影响到生产甚至现场工作人员的人身安全。经过现场多次运行，DFCVERT-MV-1000/6B变频器完全能够满足这项技术要求。其次，从高速到低速也完全满足工艺的要求。

4.经济分析

根据扩建后炼钢工艺要求，炼一炉钢为23分钟。由风机中控室根据下氧枪信号给变频器一高速信号使变频器运行在高速状态，时间为8～12分钟，根据转炉出钢信号使变频器运行在低速状态，时间为11～15分钟，其中，高速状态为43HZ（2500转/分钟）；低速状态为18HZ（1000转/分钟）。现场实测到当变频器运行在高速状态时，变频器的输入电流为40.2A；当变频器运行在低速状态时，变频器的输入电流为18A；炼一炉钢变频器运行在高速状态平均所需时间为10分钟，低速状态平均所需时间13分钟；若按年工作日8000小时计算，那么，变频器在一年里高速状态的时间约3480小时，低速状态约4520小时；（1）采用变频器拖动风机时 高速状态：

P1 =√3 UIcosф= 1.732×6.3×40.2×0.96＝419.00544kW 低速状态：

P2 =√3 UIcosф= 1.732×6.3×18×0.95＝186.58836kW平均功率 P=P1×0.8+P2×0.2=372.52kW(高速状态约80％，低速状态为20％)（2）采用液力耦合器时

高速状态：

P1’ =√3 UIcosф= 1.732×6.3×52×0.93＝527.68kW 低速状态：

P2’ =√3 UIcosф= 1.732×6.3×44×0.9＝432.1kW平均功率 P’=P1’×0.8+P2’ ×0.2=508.564W(高速状态约80％，低速状态为20％)（3）采用变频调速和采用液力耦合器调速与采用变频器调速装置运行的节能率对比： F=(P’-P)/P=(508.564-375.52)/508.564=26.17% 从计算结果知道，采用变频器技术改造后，不仅具有良好的节能效果，而且操作方便，特别适合于钢铁厂进行风机的技术改造。

5．工艺特性的改进

采用变频调速后，整个炼钢风机的工艺特性得到很大的改进，主要反映如下：（1）电机的温升和轴承温升下降明显 电机温升在采用液力耦合器时的59℃下降至44℃，电机的前后轴承的温度都有响应的下降；

（2）电机的振动明显降低 电机的振动由采用液力耦合器的2.2mm下降到0.2mm，改善的效果非常明显。

（3）整机的运行噪音改善明显 采用液力耦合器时，无论低速高速，由于电机均处于工频运行，整机的噪音明显，达到90dB左右，但是进行变频改造后，整机的运行频率下降至40Hz左右，电机的运行噪音明显下降，低于80dB,在低速运行时基本上听不到噪音，达到65dB以下，大大改善了现场的噪音污染。

（4）日常维护包养工作量和费用下降 采用液力耦合器估计每年的维护费用在5万元左右，采用变频器后，这项费用下降为数千元左右。

（5）调速范围 采用液力耦合器调速范围具有相当大的限制，采用变频器后，变频范围可以任意设定，大大地增强了工艺调节能力。6.结束语

经过近半年的运行，证明DFCVERT-MV-1000/6B高压大功率变频器性能好，可靠性高，节能效果明显，满足连续生产对调速系统的要求，同时可以大大改善工艺条件，提高生产效率，具有很好的推广价值。

因此昆钢集团二炼钢厂在成功改造了1号转炉后又决定对2号、3号转炉进行变频改造。

第五篇：自动采制样装置在输煤皮带实施方案的探讨

自动采制样装置在输煤皮带实施方案的探讨工程概况

沙角A电厂输煤系统原入厂煤、入炉煤的采样工作由于系统原设计无采样装置，均采用人工采样方式进行采样，其中入厂煤采样分别在#1码头的#1A/B皮带和#2码头的#0A/B皮带进行人工采样；入炉煤在输煤#9A/B皮带进行人工采样。2 新增入厂、炉煤自动采样的必要性分析

对于火电厂70%的以上的发电成本都在燃煤上，而煤质的好坏又直接影响到锅炉的效率及其它辅机的运行效果，更是直接跟电厂的运营成本息息相关，故如何控制并检验入厂煤和入炉煤的质量，将是电厂成本控制的关键和锅炉正常运行的保证。而我厂自投产以来，入厂煤、入炉煤未配置自动采样装置，目前一直采用人工采样，这不符合现代化生产管理要求。

由于人工采样无法采取皮带的整个横断面，并有人为主观因素的作用，采制的煤样不能真正有代表性，偏差大、可信度差，不能得到一个使供需双方都能够十分满意且科学的煤样。另外工人长期在高速行走的皮带边进行采样，安全系数低，现场环境恶劣，不符合安健环要求。而机械化采制样设备采取的煤样因其独有的科学性、代表性、真实性和可信性而得到大多认可。机械采样的优点在于：

(1)机械化采制样设备可以实现全段面采样，采取的煤样量大，使煤样更有代表性；人工采样在运行中的皮带上进行，很不安全，不符合安健环要求；(2)人工采样有人为因素，且有主观行为，而机械采样是随机的，使取样更有代表性；

(3)往复式采样头对大块煤具有一定的破碎功能，可避免人为采样时不取大块而造成的采样偏差，使采得的煤样更真实、更有代表性；(4)机械化采制样设备兼有采样和制样功能，采样和制样同步进行，大大缩短了采制样时间，提高了采制样效率；

(5)人工采样由于采样必须在整个卸煤过程或上煤过程中进行，每6min采一次煤样，其采样工作量和监督工作量非常大，而采用机械化采制样，可大大降低工人的劳动强度，改善工人的工作环境；(6)采用机械化采制样设备，可以减少人员编制，提高管理效率。因此，为提高我厂入厂/入炉煤煤质参数化验的准确度，必须采用科学的采制样方法，消除入厂煤和入炉煤质量大幅波动和人工采样所带来的误差，因而加装自动化采样装置就显得非常必要。3.自动化取样装置的技术要求(1)额定工作电压

a)供电主回路：AC380V b)控制电路：AC220V、DC24V

(2)供电额定频率：50Hz(3)防护等级：

室内 IP4X

室外 IP6X(4)入厂煤采样数量：按每艘船装载5万吨采取煤样(5)入炉煤采样数量：按每天上煤12000吨采取煤样(6)入厂煤最大粒度：300mm(7)入炉煤最大粒度：30mm(8)煤最大湿度：16%(9)采样头采用每次截取一个煤流全断面的采样方法，接斗的开口尺寸至少为被采样煤的最大粒度的2.5-3倍。

(10)入厂煤采取全水分及分析煤二种煤样，进行二级缩分，全水分与分析煤的煤样比例为7：1.(11)煤样的最大粒度为300mm(12)采样桶每桶可装煤样为60kg，采用自动换桶流程，并有自动称重功能，每装满一桶，在装满煤样的桶上打印有桶编号、煤种、采样地点、重量、粒度、收样和制备时间等。4 采制样方案比较 4.1 采样方式

由于来煤煤粒较大，目前采样主要有皮带头部采样与皮带中部采样二种方式，皮带中部采样有抓斗式和刮板式二种。采样的标准是要求截取一个全断面的煤样，对于煤粒较小时（<50mm）,两种采样方式均能满足要求，但对于煤粒较大（>300mm）时，第一种采样方式，可满足全断面的采样，而第二种方式，由于大块煤取样时会向左右两侧移动，煤样中未能取到大块煤，不满足全断面的取样，而我厂燃煤品种杂乱、质量不稳定、部分船煤含硫量高、热值偏低且三大块偏多，根据我厂目前情况，入厂煤不适宜采用第二种取样方式，入炉煤由于经过了碎煤机粉碎后，煤粒较小，因而可采用皮带中部采样，但考虑到运行规程、检修文件包及运行操作的不一致，为管理方便，建议入厂/入炉煤均采用同一种采样方式； 4.2 破碎缩分

制样有一级和二级破碎缩分工艺，目前一级破碎缩分工艺，制样后最大出粒度没有达到要求；而二级破碎缩分，除满足最大出粒度要求外，最好采用立式破碎和缩分，比卧式设备不容易造成堵塞，对于我厂输煤皮带站原设计无自动采样设备的环境比较适合，可节省设备空间和节约成本。推荐的新增入厂煤、入炉煤自动采样方案

(1)系统组成：入厂/入炉煤自动采样装置由PLC控制，可做到程序控制和手动控制两种方式，皮带煤取样装置由采样头、给料机、破碎机、二级缩分器、集样器、余煤返排、电气控制系统等组成。原计划入炉煤采样装置采用两个采样头、共用一套制样系统的布置方式，但由于需采用配煤掺烧，两条皮带需同时运行，因而需加装各两套独立的采制样装置。

(2)自动采样方式：采样机构由电机驱动，将煤皮带输送机上的原煤取得一个完整的全断面煤样，采样头采取的煤样经由给煤螺旋机均匀输送到细粒破碎机进行破碎，破碎后得到样煤的最大粒度≤13mm和≤3mm两种样，破碎后的细煤进入旋鼓式缩分器进行缩分，经缩分的煤样落入集样瓶中完成制样步骤，缩分后的余煤经落料管到斗提机，煤样由斗提机提升至一定高度后经螺旋机落入皮带机下游完成余煤返排工作。

(3)采样头：采样头由采样机构和带防尘罩的钢结构件组成，装在钢结构架上。由制动电机驱动和停止采样头。采样头全断面取样，并在每次行程的终点卸料，确保煤样全部落入不锈钢集煤槽内，全过程不会损失煤样。采样头每次最小采样量大于30㎏，采样头每两次采样时间间隔可根据要求可调,并能满足无人值守也能自动运行的要求。

(4)给料机构：给料机构为封闭式进料皮带给煤机，具有给煤量自动调节装置，装有可自动卸铁的电磁除铁器，与物料接触部分用不锈钢制作，封闭式进料皮带给煤机工作性能可靠，并能有效地防止粉尘散发并减少系统水分损失，系统水分损失率<0.5%。保证煤料均匀匀速地进入破碎机。

(5)联合制样机：联合制样机由一复合结构的立式破碎机和与其配套的专用无级可调缩分器组成，其工作原理及过程如下：由电动机带动立式破碎机的主轴转动，物料通过下料斗落入破碎机的工作腔，物料中的大颗粒首先被工作腔上部的摆锤及衬板反复撞击、碾压，在继续下落的过程中又被工作腔下部的多层刀片进一步破碎成粉状及极小的颗粒，在这一过程中物料同时被均匀的分散在工作腔下部圆环状的出料口，落入缩分器内，其中一部分进入煤样口，落入密闭的集样装置，余煤通过溜管直接流入皮带下游，被输煤皮带带走，煤样量可通过调节装置进行调整，使之得到一个需要的、稳定的缩分比例。破碎机具有防止发生堵煤的功能，允许最大含水量为＞16%。缩分器由不锈钢制作，缩分比为：1/10:1/100（可调），煤样水份＞15%，缩分器内不会发生粘结、堵塞等现象。

(6)集样器：集样器定位准确，密封，不损失水份。当集样罐满时（采样80次），自动换罐，使用集样罐在上位机控制系统中有适时记录，可查询并能打印记录。

(7)煤流管道斗：所有煤流管道、斗均用不锈钢制作。采制样装置运行轴承温升不大于35度，空载噪声不大于85dB。6 结论和建议

若采用机械化采制设备，对于一个电厂来说，其经济效益非常明显，而且采用自动取样，对皮带输煤的质量状况有了科学的验证数据，可以避免对高质煤不加价、超灰煤不降价或索赔现象的发生，杜绝不合格品的出现，避免或减少双方的经济纠纷，具有很大的经济效益和社会效应；另外采用机械化采制样设备，对于电厂的管理者来说，可以实现随时了解并掌握入厂煤的煤质状况，使管理者的管理更加得心应手，避免了中间环节的时间差及人为因素造成的煤质偏差。