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1、陕西煤化工集团铜川煤业公司东坡煤矿主井胶带机变频改造项目建议书一、项目概述：目前，变频器在国内煤矿的应用主要集中在带式输送机上。皮带是一个弹性体，在静止或运行时皮带内贮藏了大量的能量，在皮带机起动过程中，如果不加设软起动装置，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力波并迅速沿着皮带传输出去。过大的张力波极易引起皮带被撕断。因此， 煤安规程规定，带式输送机必须加设软起动装置。目前煤矿采用的软起动装置绝大部分是液力偶合器。液力偶合器虽然能部分解决皮带机的软起动问题，但与变频器驱动相比，仍具有明显的劣势：首先，采用液力偶合器时，电机必须先空载起动。工频起动时，最初的电流很大，为电机额定电流的
2、 4-7 倍。大的起动瞬间电流会在起动过程中产生冲击，引起电机内部机械应力和热应力发生变化，对机械部分造成严重磨损甚至损坏。同时还将引起电网电压下降，影响到电网内其它设备的正常运行，因此，大容量的皮带机还必须附加电机软起动设备。其次，液力偶合器长时工作时，引起液体温度升高，熔化合金塞， 引起漏液， 增大维护工作量，污染环境。第三，采用液力偶合器时，皮带机的加载时间较短，容易引起皮带张力变化，因此对皮带带强要求较高。第四，一般的皮带机都是长距离大运量，通常都是多电机驱动，采用液力偶合器驱动，很难解决多电机驱动时的功率平衡。随着电力电子技术的发展。变频技术在最近二十年飞速发展，在部分煤矿企业获得了
3、广泛应用，例如陕西煤业集团、铜川矿务局、韩城矿务局等。运用变频器对带式输送机的驱动进行改造，将给煤矿带来极大的社会和经济效益：二、研究内容、技术指标电控系统采用 PEOFIBUS-DP 的现场总线控制系统，两套 PLC，操作台远程I/0，上位工控机通过 PEOFIBUS-DP 的现场总线构成整个提升系统的网络控制系统。控制和监控采用两套 PLC（主、从）来完成输送机工艺（正常、重载情况下的软起动、软停车、无级调速、空载低速验带）的控制、功率均衡分配及监控，上位机、主控 PLC、监控 PLC、主传动设备、信号系统、通过 PEOFIBUS 现场总线构成现场总线网络，减少设备之间的连线，增强系统的可
4、靠性，同时为地面生产调度系统或全矿集中控制系统联网通讯提供必要的接口，以便于实现煤矿的自动化控制。此次胶带输送机监控系统设计主要包括对变频器系统、皮带配电系统、减速机、电机、制动器、给煤机、机尾配重张紧装置、皮带沿线传感器的监控。系统设置 2 个集中控制器，互为备用，用来集中控制和管理各个设备。原有皮带沿线传感器接入胶带输送机监控系统主机。同时改造视频监视系统，保留原有 3 部摄像头，在胶带机尾 150m 以下地点增设矿用隔爆光钎摄像仪/摄像头 4 只（含矿用光纤） ，视频监控系统主要设备按 8 路视频配置。显示器为 42”三星液晶。要求：矿用隔爆光纤摄像仪内置超低照度摄像机，能在光线较暗的条
5、件下获得良好的监视效果。输入电压 127VAC，线数 570 线。显示器同时显示 8 路视频图像，可在 1-8 路之间任意切换。至少应能存储 1 个月的图像。三、技术、经济效益：1、技术：1) 输入谐波含量低。变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足 IEEE Std 519-1992 和 GB/T 14549-93电能质量 公用电网谐波对谐波含量的最严格要求，无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰；2) 输入功率因数高。无需功率因数补偿装置，降低供电容量；3) 输出谐波含量低。无需滤波器，可直接驱动普通电机，不会增加电机温升而降低电机容量，对电机电缆无任何长度限制，并保护电机绝缘不受
6、 dv/dt应力的损害，不会因为谐波力矩而降低电机使用寿命；4) 全中文显示，液晶屏直接操作，更适合国人使用习惯；5) 功率单元与控制系统光纤通讯，强弱电之间完全隔离，提高了系统抗干扰能力；6) 控制电源采用双电源技术，其中一路为普通外部供电，另外一路直接来自高压，经变压器降压输入。两路电源同时经整流后输入控制系统。双电源切换无时间间隔，供电系统在线热备份，对整个高压变频器的控制电源稳定性有足够的保障。两路电源同时整流后进入控制系统，两路电源中哪路电源电压高，自动采用此路电源，当任何一路电源出现故障时，由于电源电压降为零，比正常工作的电源电压低很多，系统供电自动采用另外正常工作电源。7) 变频
7、冷却风机采用双电源自动切换功能，为保证冷却系统的安全，一路电源来自变频本身，另外一路由用户方提供，双路电源自动在变频内部完成切换。每台柜顶冷却风机均采用独立供电保护回路，并可远传报警，单个风机独立保护，可保证单个风机出现故障时，不影响其余风机的正常运行。具备独立供电保护回路，并可远传报警。8) 功率单元工作电源为高压开关电源，直接取自单元内部电容，避免了瞬时掉电对单元的影响；变频器具有高压失电再启动功能，高压短暂失电（0-100s）内，变频正常不报故障输出。待再来电时，自动恢复运行。9) 频率跳跃功能。变频器设有两组跳转频率，可以跳开机组共振点或风机的喘振区域。10) 更适应于国内电网条件，变
8、频器工作电压范围为 UN（-20%+15%） ，6kV 系列可稳定运行于 6900V 电压条件下；11) 限流功能。避免启动或负载突然变化时，使变频器输出电流过大而导致保护动作；12) 高压变频器具备加热、除湿功能。13) 结构紧凑，体积小。与国内同容量产品相比，柜体宽度缩小 0.61.0 米；14) 完善的上位控制功能。可与 DCS 系统实现通讯（采用标准MODBUS、PROFIBUS 通讯规约）或 I/O 方式连接。15) 控制系统采用 DSP 控制，具备功耗小，发热量小，软件简单，实时性好，可靠性高等特点。16) 主要元器件均采用世界一流厂商的成熟产品，产品从元器件至半成品及成品，均实现
9、 100%的严格测试。各系列产品出厂前均完成 100% 72 小时以上负载测试，确保产品的可靠性。17) 功率单元模块化设计，可以互换，维护简单，更换一个功率单元约需 10 分钟；18) 二次接线模块化设计，现场接线简单，安装周期短；19) 故障记录：自动记录变频器所发生故障的原因、故障点、故障时间，便于故障排除；20) 输出电压自动调整功能：输入电压变化时，自动调节输出电压，使输出到电机的电压保持相对稳定，保护电机；21) 共模电压：功率单元采用隔离变压器提供的隔离电源，共模电压值低于100V，保护电机不受共模电压影响；22) 转矩脉动：转矩脉动值不高于额定值的 0.1%，保护电机；23)
10、软启动：变频器具有软启动功能，保证电机平稳启动，启动和停机时间在5-1600 秒内连续可调；24) 内置 PID 调节器，可实现闭环运行；25) 具有本地、远程、上位三种控制方式；26) 具有本地、模拟、多档、上位四种调速方式；27) 电磁兼容：变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足 IEEE Std 519-1992 和 GB/T 14549-93电能质量 公用电网谐波对谐波含量的最严格要求，无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰。变频器满足IEC1000-4 EMC 抗干扰标准 ，不会因电磁辐射对本身控制系统及周边设备产生干扰，不会对人身造成伤害；28) 具有转速跟踪功能，能实现
11、电机的飞车启动。该功能可以在电机处于工频运行的时候，在不停机的状态下，无冲击的由工频状态切换到变频状态，最大程度的降低了生产风险；该功能经过多次实践验证，能够快速稳定的无冲击的将设备在工频与变频之间进行自由地切换，有效地提高生产效率，保证企业生产的连续性；2、经济效益：1）运行节电根据改造前后运行的实际测量，液力耦合器运行电压为 6.2kV、电流平均为 39A，变频器输入电压 6.2kV，电流平均为 37A，每天实际运行 20h，据此计算。液力耦合器每天的耗电量 2.463 万 kWh;变频器每天的耗电量 2.336 万 kWh;日节电：2.463-2.336=0.127 万 kWh;日节约电
12、费：从 2011 年 12 月份起（工业用电电价为 0.75 元kWh） ，则：0.1270.75=0.09525 万元952 元日;变频器投运 2 个月总计:61 天, 已节约电费：0.095261=11.09 万元;年节约电费：0.0952350=33.32 万元。2）起动节电改造前，液力耦合器为电机高压直接起动，100A 量程表头显示满偏转，电机额电流 47.3A，以 46 倍额定电流估算，起动电流按 4Ie 即 189.2A 计算，变频器实际起动电流 1.2Ie,即 1.2Ie56.76A。液力耦合器起动总电流为 34Ie=567.6A；变频器起动总电流为：31.2Ie=170.28A
13、；变频器起动电压为：3000V；每天按起动 10 次计,变器起动时间 60s,液力耦合器 30s;液力耦合器日起动总耗电量为:48.2kWh;变频器日起动总耗电量为:14.4kWh;日起动节约电量:48.2-14.4=33.8kWh;日起动节约电费:33.80.75=29.1 元; 全年可节约电费：350 天（952 元29.1 元）=34.3385 万元。3）传动效率提高使带速提高:3.2-3.15=0.05m/s=180m/h原小时运力为 780t/h，折合皮带货载 68.8kg/m,则每小时提高运力为1.2t，全天提高运力为 1.220=24t，若煤利润 50 元/t 计，则增收 120
14、0 元。投运以来增收：1200116.5=13.98 万元年可增收：1200350=42 万元4）两台液力偶合器配设备自身的投入二台退出使用为其它在用设备备用，每套 40 万元，计 80 万元；原每月补充油费用：290180kg;年换油两次用油 1800kg;月补 22透平油油费用为：1808.2=1476 元（按油价 8.2 元/kg 计）年换油费用：18008.21.476 万元;年油料费用：1.467+0.1476=1.6236 万元;二台液力耦合器人工除垢,每月需人工 8 个,每工 100 元,计 800 元,每台液力耦合器月维护费用为补油费用人工除垢费,即：800+1476=2276
15、 元 ,年节约费用:122276=27312 元。每台液力耦合器每年故障返修一次,每台次 10 万元,2 台次计节约修理费 20万元,年更换 2 次,每次 10h,影响产量 23400t,每吨利润 50 元,年增加利润2340050=117 万元。以上各项，以投运时间计算投资回报。节约电费：11.385 万元;提高效率：13.98 万元;减少维护费用：0.8016 万元;总计：26.165 万元。年增收利润：节约电费：34.3385 万元;提高效率：42.00 万元;减少维护费用：2.7312 万元;节约返修配件费：20 万元;提高产量增加的利润：117 万元；总计：207.74 万元。四、承
16、担单位、人员1、项目单位组成：由东坡煤矿承担该项目，与北京合康变频科技股份有限责任公司进行合作。2、主要研究人员：东坡煤矿：龚永安：男、46 岁、本科毕业、高级工程师。刘 剑：男、47 岁、本科毕业、高级工程师李双喜：男、52 岁、本科毕业、高级工程师。李满平：男、40 岁、本科毕业、工程师。姚成刚：男、47 岁、本科毕业、工程师。郑建喜：男、35 岁、本科毕业、助理工程师。张甲鹏：男、27 岁、本科毕业、技术员。刘 涛：男、28 岁、本科毕业、助理工程师。李恒敏：男、31 岁、本科毕业、助理工程师。北京合康变频科技股份有限责任公司：徐祖光：男、36 岁、本科毕业、工程师。张亮亮：男、33 岁、本科毕业、工程师。王海成：男、29 岁、本科毕业、助理工程师。3、人员配备与保障：为保证该项目的顺利实施矿井将成立以动力技术部负责，车间、地质、测量、动力协作的项目实施小组，动力技术部配备 5 名工程技术人员，生产技术部配备 1 名工程技术人员，机
