煤矿主井提升机改造方案书煤矿主井提升机改造.docx
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煤矿主井提升机改造方案书煤矿主井提升机改造
煤集团煤矿主井提升机改造
方案书
设备一览表
序号
名称
规格型号
数量
备注
机械部分供货清单
1
行星齿轮减速器
ZZDP800
壹台
中信重工
2
减速器润滑站
TE087
壹台
中信重工
3
智能恒减速闸控系统
E141E
壹套
中信重工
4
电机
YR560-8
6KV、900KW、739r/min
壹台
中信重工配套商
5
齿轮联轴器
壹套
中信重工
6
棒销联轴器
壹套
中信重工
7
液压润滑管路
壹套
中信重工
8
地脚螺栓
壹套
中信重工
9
减速器底座
壹套
中信重工
10
电机底座
壹套
中信重工
11
测速发电机装置
壹套
中信重工配套商
12
电机制动器装置
壹套
中信重工
13
护罩
贰套
中信重工
电控部分供货清单
1
高压开关柜
双电源进线切换,带微机综保
壹套
中信重工
2
高压变频器
1200KW、计算机全数字控制,提升机专用馈能型四象限高压变频器,IGBT等功率元件均采用原装进口产品。
壹套
何康亿盛
3
低压电源柜
负责该提升机房低压供电(20%备用)
壹套
中信重工
4
操作台
新型分体式操作台,数字式深度指示器,仪表显示电压、电流、油压等参数。
西门子公司PLCS7-300系列314以上,主、从双PLC,含数字量、模拟量及高速计数模块,预留信号系统接口。
壹套
中信重工
5
上位监控机
研华,内存2G,硬盘160G,网卡,显卡,声卡,22寸液晶,彩色激光打印机,键盘,鼠标。
壹台
研华
6
不间断电源
C1K在线式UPS、1KVA安装在低压电源柜
壹台
山特
7
柜间控制电缆
插接电缆
壹套
8
编码器
欧姆龙,其中一台安装到电机轴端
叁台
欧姆龙
9
井筒开关
防爆、防水
壹套
中信重工
10
11
1、机械部分:
1、机械部分供货范围:
(1)E141E恒减速闸控系统(含智能恒减速型伺服制动器)1套
(2)齿轮联轴器及护罩1套
(3)棒销联轴器及护罩1套
(4)液压润滑管路1套
(5)行星减速器1套
(6)TE087润滑站1套
(7)地脚螺栓1套
(8)减速器底座1套
(9)电机底座1套
(10)测速发电机装置1套
(11)电机制动器装置1套
(12)护罩2套
2、主要部件详细技术参数及技术说明:
A、E141E恒减速闸控系统(见附表1)
B、ZZDP800行星减速机
1、主要参数:
减速机型号:
ZZDP800
输出轴尖峰输出力矩:
16.5T.M
传动速比:
11.5
2、减速机技术说明
渐开线行星齿轮减速机具有体积小、重量轻、承载能力大、传动效率高和工作平稳等优点。
目前单绳缠绕式提升机和多绳摩擦式提升机均采用行星齿轮减速机。
ZZDP800行星齿轮减速机是我公司较早在矿井提升机上使用的,它是一级半行星齿轮减速机。
该减速机轴承全部采用滚动轴承、硬齿面、制造精度高达6级,喷油加油池润滑满负荷运转效率达96%,安装时须加减速机底座。
该型号减速机在矿井提升机上经过近30年的使用证明完全满足提升机的使用要求。
C、TE087润滑站
1、性能参数:
供油系统
额定油压
MPa
0.63
公称流量
L/min
80
电机功率
KW
4
冷却器
冷却水量
L/min
120
<30℃清水
冷却水压
MPa
<0.4
冷却面积
M2
7
滤油器
过滤精度
μm
80
电加热器
功率
KW
1.0×3
油品
粘度范围
工业齿轮油
N22-N320
油箱
容积
L
930
重量
kg
1090
2、结构特点:
2.1本润滑站有两台电机油泵装置,一台工作,一台备用。
2.2滤油器安装在列管式冷却器之前,先过滤后冷却,过滤效果好.
2.3采用双筒网式滤油器,一组滤芯工作,一组备用.当压差控制器发讯报警时,可将其上的转换阀门的手柄扳到备用滤芯工作,取出工作滤芯清洗或更换。
不需长期停机.
2.4采用LXC型油冷却器,它采用翅片管,水侧通道采用螺旋导流板结构,工艺先进,换热效率高.
2.5油箱上回油口之后设有磁过滤器,可将回油中的细小钢铁碎末吸附其上,使回油过滤清洁.
2.6油压、油温监控仪表直接安装在管道和油箱上,易于观察.
2.7油泵出口管道上设有旁路阀门,并接回油箱,可用于系统多余油分流.
2、电控部分:
高压变频器技术参数
高压变频器容量:
;1200KW,额定电压:
6KV,输入频率:
45-50HZ输入功率因数:
额定负载下>0.96效率:
额定负载下>0.96
提升机主传动交流电动机技术参数
电动机型号:
YR560-8电机功率:
900KW
电压等级:
6000V转速:
739RPM
定子电压:
6000V定子电流:
A
转子电压:
V转子电流:
A
1、供货范围
序号
物资名称
技术说明
数量
备注
1
高压开关柜
双电源进线切换,带微机综保
1台
2
高压变频器
计算机全数字控制,提升机专用馈能型四象限高压变频器,IGBT等功率元件均采用原装进口产品。
1套
3
低压电源柜
负责该提升机房低压供电(20%备用)
1台
4
操作台
新型分体式操作台,数字式深度指示器,仪表显示电压、电流、油压等参数。
西门子公司PLCS7-300系列314以上,主、从双PLC,含数字量、模拟量及高速计数模块,预留信号系统接口。
1套
5
上位监控机
研华,内存2G,硬盘160G,网卡,显卡,声卡,22寸液晶,彩色激光打印机,键盘,鼠标。
1套
研华
6
不间断电源
C1K在线式UPS、1KVA安装在低压电源柜
1台
山特
7
柜间控制电缆
插接电缆
1套
8
测速发电机
ZYS-100A或ZCF-32与主轴联结
1台
上海
9
编码器
欧姆龙,其中一台安装到电机轴端
3台
日本
10
井筒开关
防爆防水
中信重工
2、电控设备成套范围及技术说明
2.16kV高压开关柜
~6kV双电源进线高压开关柜
1)高压真空开关柜,断路器采用VS1真空断路器,配备弹簧储能电动操作机构。
高压开关柜具有过流、短路及接地绝缘检测等保护功能。
2)高压开关柜包括功能单元、控制及保护以及仪表设备。
对每个装置都留有适当的空间,便于进出线和检修。
开关柜在最大短路故障情况下安全运行,并能承受由此引起的电气及机械应力。
3)双电源进线具备机械闭锁,柜内每个装置连续工作,并有“五防”功能(防止带负荷推拉可移开部件、防止误分/合断路器、防止带电合接地开关、防止接地开关处于接地位置送电、防止误入带电间隔)。
4)开关柜安装微机综合保护装置,可显示电压、电流、有功、无功、功率因数等。
2.2高压变频调速装置技术特性及参数
2.2.1变频调速装置由以下几部分组成
1)变压器柜:
变压器(6/6Kv)柜内装设为功率单元提供三相电源的移相变压器。
柜门上设有干式变压器温度控制仪,为变压器提供温度告警和过热保护。
柜前门内侧装有行程开关,当柜门打开时告警。
柜后门装有电磁锁,当高压电进入柜内,电磁锁自动锁死,需用专用的电磁锁钥匙才能打开柜子的后门。
变压器前面右侧和后面左侧是副边绕组接线区域,与相应的三相电抗器的三相输入电缆连接,接线柱与电缆的标号要一一对应。
输入10kV电源接线在后面上部,直接进入变压器;输入电压检测直接接在变压器输入侧,输入电流检测在变压器的Y型短接点处的电缆上。
变压器柜、功率单元柜、控制柜并柜布置,为成套装置。
2)功率单元柜:
单元柜内安装的功率单元和三相电抗器,分成三组,每组排列成一排,每组串联成一相,每相串联6个功率单元,不同相的三个功率单元在电源输入侧串联一个三相电抗器。
串联后A1、B1、C1三个功率单元Y形短接,三相最后三个单元A6、B6、C6输出接高压输出室的接线铜排上。
在短接处的电缆上穿有霍尔电流传感器,检测输出电流。
3)控制单元柜:
变频器的控制系统安装在柜的前右面的控制柜内,从上到下依次为控制器、IO接口板、控制电源系统和柜门上的人机界面系统。
且用户接线端子排也在控制柜内。
控制器由三块光纤板,一块信号板,一块主控板和一块电源板组成,各板之间通过母线底板连接。
光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号,每块光纤板控制一相的所有单元。
光纤板周期性向单元发出脉宽调制(SPWM)信号或工作模式。
单元通过光纤接收其触发指令和状态信号,并在故障时向光纤板发出故障代码信号。
信号板采集变频器的输出电压、电流信号和轴编码器信号,并将模拟信号隔离、滤波和量程转换。
转换后的信号用于变频器控制、保护,以及提供给主控板数据采集。
主控板采用高速单片机,完成对电机控制的所有功能,运用矢量控制方式产生脉宽调制的三相电压指令。
通过RS232/485通讯口与人机界面主控板进行交换数据,提供变频器的状态参数,并接受来人机界面主控板的参数设置。
IO接口板用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理,增强变频器现场应用的灵活性。
IO接口板要有处理2路模拟量输入和2路模拟量输出的能力,模拟量输入用于处理模拟设置时的设置信号和来自现场的流量、压力等模拟信号,这两路信号通过处理后送到人机界面进行模数转化;模拟输出量是运行频率和输出电流。
接口板还要对单元柜温度、输入电流和输入电压的进行采样,并计算出输入功率。
控制电源系统应包括220V隔离变压器,380V隔离变压器,整流电路和控制电源开关端子构成,使变频器的控制系统为双路供电,自动切换供电电源等功能。
人机界面系统为友好的全中文操作界面,负责信息处理和与外部的通讯联系,上位监控实现变频器的网络化控制,人机界面由主控板、液晶显示屏和触摸键盘组成。
通过主控板和IO接口板通讯来的数据,计算出电流、电压、功率、运行频率等运行参数,提供表计功能,并实现对电机的过载、过流告警和保护。
通过RS232/485通讯口与主控板连接,通过RS485通讯口与IO接口板连接,实时监控变频器系统的状态。
人机界面下方应为“故障复位”按钮及“高压分断”自锁按钮。
触摸屏上方应有“高压指示”灯、“运行指示”灯和“故障指示”灯。
4)变频器的高压输出:
变频器输出接线铜排在单元柜控制室下面的高压输出室内,输出高电压由此输出给高压电机,输出电压检测电路也在此连接。
2.2.2变频器要采用先进的功率单元串联叠波技术、矢量控制技术、有源逆变能量回馈技术、全中文操作界面,彩色液晶触摸屏;可接受和输出0~5V/4~20mA工业标准信号,要求高可靠性、操作简便、性能优越。
满足四象限运行、需快速制动、动态响应快、低速运行转矩大等高精度场合的应用。
2.2.3全数字技术矢量控制,功率部分采用IGBT的电压源型交流变频传动装置,给传动装置带来快速性,高精度,高可靠性,高效率。
2.2.4高-直-高电压源型变频器,AC6KV输入,AC6KV输出,自带冷却风机。
2.2.5单元紧凑:
外形尺寸小,最大程度的利用空间,提高功率密度的单元可以简单的安装在双L型的导轨上,便于拆卸。
2.2.6软件:
标准软件,通用操作,闭环控制等。
2.2.7系统具备远程诊断和调试功能。
2.2.8具备无换相失败的可靠装置:
对于传统的整流技术而言,不稳定的电网常常引起停产,因为换相故障往往造成断路器跳闸;本变频装置要采用同步整流技术,应具有100%的能量回馈能力,即使在电网极欠压情况下,仍能完成回馈能力,只有在非常必要时才关断装置,由这种主动的控制关断功消除换相失败可能。
2.2.9要具备卓越的动态性能:
传统系统的性能经常受到负载频繁变化的影响,可控硅整流技术相比起来有较长换相延时,负载电动状态和发电状态的频繁转换,极可能导致变频器的关闭。
本系统要采用IGBT同步整流技术,能在任何时候维持稳定的直流电压。
2.2.10具备高品质的通风防尘过滤系统:
变频器的通风防尘过滤网,保证变频器在恶劣的粉尘环境中稳定的运行。
2.2.11具备高质量的输入特性:
功率单元输入侧隔离变压器二次线圈经过移相,为功率单元提供电源,从结构上说,输入侧采用了IGBT功率元件,所以它相当于一个逆变器,不同的是其输入为交流,输出为直流;与传统的二极管整流或者可控硅整流技术相比,单元整流为SPWM可控移相同步整流,这种整流方式不再是被动的将交流转换成直流,而是具备了很多的控制功能,它不仅能消除高次谐波、提高功率因数,而且不受电网波动的影响,具有卓越的动态性能。
同步整流简单的工作原理可以简述为:
整流电路从电网汲取正弦波交流,经过整流后输出直流电压,并保持所要求的电压值,且输入侧具有滤波电容和电抗器,滤除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流,大大抑制了网侧谐波(尤其是低次谐波)的产生。
同步整流回路及滤波电路确保从电网汲取的或反馈回电网的只有正弦波电压或电流,而不会产生二极管整流产生的5、7、11、13次谐波,变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量要满足IEEEStd519-1992和GB/T14549-93《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证周边设备免受谐波干扰。
即使恶劣的电网环境也不例外。
2.2.12具备完美的输出特性:
变频器额定输出功率因数大于0.95,无需功率因数补偿电容;减少无功输入,降低供电容量。
单元串联矢量控制正弦波脉宽调制叠波输出,6kV系列每相6个单元,尽量削弱输出谐波含量,输出几近完美的正弦波,设备与其它形式的高压大容量变频器比较应有以下优点:
无需输出滤波装置;可以驱动普通高压电动机,而不会增加电机温升,降低电机容量;电机电缆无任何长度限制;保护电机绝缘不受dv/dt应力的损害;不会因为谐波力矩而降低设备使用寿命。
2.2.13变频器技术参数表
提升机交流变频电控设备
型号
变频器容量(kW)
1200
适配电机功率(kW)
900
输入电压(kV)
6
额定输出电流(A)
输出电压(kV)
6
每相串联单元数
6
输入频率
45Hz~55Hz
额定输入电压
6kV(-20%~15%)
调制技术
有速度传感器的空间矢量控制技术
控制电源
380VAC(三相四线制),容量随功率等级变化
输入功率因数
额定负载下>0.96
效率(含变压器)
额定负载下>96%
输出频率范围
0Hz到120Hz
输出频率分辨率
0.01Hz
过载能力
额定电流120%,运行2分钟;额定电流150%,立即保护
模拟量输入
两路,4~20mA
模拟量输出
四路,4~20mA
上位通讯
隔离RS485和以太网接口,MODBUS规约
加减速时间
5秒~1600秒
开关量输入输出
12入/9出
运行环境温度
-29℃到40℃
贮存/运输温度
-40℃到70℃
冷却方式
强迫风冷
环境湿度
<90%,不结露
安装海拔高度
<1000米
2.3低压辅助电源柜
双回路进线,为提升机、主电机风机、电梯、室内照明及检修等电控系统的辅助设备提供380V/220V电源供电,另有4路备用。
并配有UPS不间断电源,以便在主电源故障情况下,能够使提升机实现可靠的安全制动;为计算机提供电源,保证计算机的运行和数据保持,柜面装有电压测量仪表及各电源回路工作灯指示,很方便的指示电源柜带电情况及进线电压。
柜内装有ET200M与操作台内PLC形成网络。
2.4网络化操作台
操作台上装有指示灯、仪表、选择开关、按钮、音响设备。
能实现提升机运行的各种控制工艺的要求,及满足操作方式选择、信号显示、运行状态显示、故障显示和报警等要求;并具有打印记录功能,确保安全运行
——元器件布局合理,箱体结构符合人体工程学。
——操作台上装有控制部件主要有:
主令操作手柄、制动操作手柄、工作方式选择开关、控制按钮、能实现提升机运行的各种控制工艺要求。
——仪表主要显示的内容:
罐位数字深度指示器(精针显示罐位的实际位置)、提升速度、电机电流、低频电流、制动油压、可调闸毫安表、高压电源电压等。
——组合指示灯内容包括:
提升机运行状态指示、信号指示和安全状态指示两大类。
在操作台的一侧放上位机及其显示设备。
——选择开关及按钮包括:
运行方式选择开关、过卷复位开关、自锁式紧急制动按钮、半自动开车按钮、实验按钮(或开关)等。
——操作台形式选用:
新型组合式操作台。
1)选用西门子品牌可编程控制器,作为主控制PLC。
与一同安装在操作台内的辅控PLC之间既有软件上的联锁,还有硬件上的联锁,并且与辅控PLC之间实现监测控制及保护功能的冗余控制,同时对PLC的运行进行监视,防止因为PLC死机或其他意外原因造成PLC故障时能及时监测并参与安全保护。
2)主控PLC由主机架、电源板、CPU板、通讯板(RS485和以太网接口)、高速计数板、模拟量I/O板、数字量I/O板等硬件组成,输入输出口留有一定的余量。
3)主控PLC应用软件应能完成提升机手动、半自动、自动、检修、换层、慢动、紧急控制开车等运行方式的控制要求。
4)实现对调速系统行程速度给定的控制,三道以上自动减速保护,停车时自动抱闸停车。
5)与信号系统之间的提升信号闭锁,没有信号不能开车。
6)实现完善的保护功能,对于全程包络线超速、过卷、减速等安全保护具有多重独立保护。
同时,还能完成定点速度监视、过负荷、欠电压、减速过速、等速过速、电机油温度检测、闸瓦磨损、弹簧疲劳、信号联锁、快熔检测、摇台联锁、安全门联锁、液压站油压及温度等监控与保护功能,并与安全回路或一次开车回路联锁,报警和自动保护。
7)实现数字行程给定功能,定位精度误差≤|1|cm,并实现数字行程箕斗或罐笼位置显示,在井筒内设置同步开关对光电编码器进行同步校正。
8)实现PLC故障状态下的低速故障开车功能。
9)保护功能按下列三类设置:
立即施闸的故障:
高、低压电源断电故障、直流快速开关跳闸、励磁回路故障、电枢回路故障、提升容器过卷、调节及控制回路故障、主电机失磁、制动系统油压故障、提升系统超过最大速度15%及减速段过速10%、2m/s定点过速、钢丝绳滑动超限、错向操作、按下安全制动钮、电源断电、快开跳闸、主回路过压、过流、主回路失压等。
先按设定减速度减速,然后紧急停车的故障:
定子、转子及变流器发生局部故障、主机轴瓦过热、变压器温度偏高、运行过程中通风机故障、信号电源欠压、液压制动系统油温偏高、液压制动系统油位偏低、闸瓦磨损、闸盘偏摆、弹簧疲劳等。
完成本次提升后,不允许再次开车的故障:
主电机超温、低压电源漏电、信号电源接地及其它接地故障、室温过高、控制柜温度过高等。
10)实现对提升机滚筒卷径的自动计算,自动校正系统的位置,完成提升机位置闭环控制,实现位置的多重同步监测、校验等功能。
11)主控PLC的故障自诊断,具有看门狗和负载能力显示功能。
12)实现PLC程序、安全故障及事件的实时打印。
13)软件和硬件冗余的安全回路。
14)工作闸采用PLC计算控制,可自动和手动调节。
手动时由闸控手柄调节制动油压;自动时配合传动力矩,由指令给出松闸、预贴闸皮、施闸控制信号。
并且在闸控回路中含有与安全回路的硬件和软件的联锁。
15)具有远程诊断功能。
16)柜内安装硬接线的安全保护继电器,实现与PLC软件安全回路的冗余功能,以及PLC控制输入/输出的接口电路和液压站控制的接口电路。
17)网络化控制、模块化组件、组合柜结构,简化设备与设备之间的连线,安装工期短。
18)辅控PLC除了具备电子数字监控器的功能外,并与主控PLC进行网络通讯(RS485和以太网接口),各种信号线通过通讯电缆完成,实现网络化控制。
操作台上装有指示灯、仪表、选择开关、按钮、音响设备、数字深度指示器等,要能实现提升机运行的各种控制工艺的要求。
19)辅控PLC由主机架、电源、CPU、通讯、高速计数、模拟量I/O、数字量I/O板等模板组成。
有独立的安全保护环节,与主控PLC互相监视,协同工作。
20)仪表主要显示的内容:
矿车数字深度指示器及柱式模拟深度指示、提升速度、电枢电流、励磁电流、制动油压、可调闸电流、高压电源电压等。
21)组合指示灯的内容包括:
提升机运行状态指示、信号指示和安全状态指示两大类。
22)操作台侧台台面上安放上位监控设备,结构紧凑大方。
23)操纵台外观设计人性化,便于操作、观察,司机工作时舒适。
24)数字(电子)监控器(含在网络化操作台中)
数字监控器专为矿井提升机控制设计的部件,不但要取代老式的机械式监控器实现位置开关的产生、凸轮限速信号的产生、深度位置的指示等功能,还可以进行深度值、速度值、限速值等的指示,通过与主控系统的联锁,还要实现过卷、定点限速、全速过速、减速过速、开车错向、断轴保护等另一套安全保护,并可参与到系统控制。
本装置要求结构紧凑、操作简便、指示醒目直观、运行稳定可靠、精度高;应采用参数化方式设计。
2.5上位监控计算机1套
1)上位机采用台湾研华/2.6G/160G/光驱/鼠标/键盘/音响等,内存1G,22吋液晶显示器,激光A4打印机。
2)具有与PLC通讯接口,通过键盘对提升机电控系统进行编程。
实时画面可显示提升机的速度,提升深度、故障,以及各幅画面的切换。
3)软件部分
①上位机监控软件分为服务器(可组态画面)和客户端版,并作技术说明。
②上位机监控软件基于简体中文版WINDOWS2000server版环境下运行,主要对PLC进行控制算法和逻辑组态的软件。
编程软件可以功能图块(FDB),梯形图(LD),指令表(STL),结构化文本(ST)等多种方法编程,即可离线又可在线进行组态。
③监控画面汉化,其功能包括:
多窗口PID图,报警画面,趋势图,指导画面,控制画面,参数修改画面,故障诊断等各种监视画面。
画面刷新时间小于1秒。
4)上位监控软件实现:
——提升系统动静态画面生成(如提升过程动态,显示速度动态曲线,电枢电流动态曲线,提升容器位置动态显示等)。
——井筒开关动作情况记忆及显示。
——故障自检显示、报警,能显示故障发生位置、时间、原因等,对系统重要参数如速度、电流、电压及运行状态进行实时检测,对重要的参数,如速度图可存盘并保留至少一周(根据硬盘容量而定)。
——各类报表生成(班报、日报、月报、年报)历史记录。
具体画面包括:
1)安全回路监视2)实时速度图、电流曲线3)PLC状态监视
4)液压系统监视5)各路模拟量的监视6)提升容器的位置指示7)提升种类、信号监视8)报表功能9)故障纪录10)历史事件查询11)其他(可根据用户要求而定)
3、提升机全数字交直交变频调速电控系统符合下列文件的规定和基本要求:
(1)《煤矿安全规程》(2010版)。
(2)进口电气设备遵守国际电工委员会IEC标准。
(3)现行国家电工委员会及其它有关标准。
(4)《矿山电力设计规范》GB50070-94
(5)《JB4263-2000交流传动矿井提升机电控设备技术条件》
(6)《煤矿地面多绳摩擦式提升系统设计规范》MT5
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- 关 键 词:
- 煤矿 提升 改造 方案