胶带机驱动系统方案

专 题 二期筹备处工作组 2009年9月15日 胶带机驱动系统 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 部门：二期筹备处                    姓名：李景明、任强 摘要： 我矿二期胶带系统复杂，驱动方案的选择决定系统运行的可靠性，本文以国内外中（高）压变频器的三家生产厂家（A-B、ABB、Siemens、）的产品的技术对比合理选择我矿胶带系统驱动方案。 关键词： 驱动方案、变频器、低压变频器、液力耦合器 一、剥离系统6KV变频器比较 现将ABB的ACS5000、西门子的罗宾康、罗克维尔的AB和国产荣信品牌高压变频进行比较。 具体情况如下： 1、 ABB公司的ACS5000中压变频器 1.1、ACS5000风冷设备外形： 功率范围：1400kVA - 7000kVA 电压等级：6kV，6.6kV，6.9kV 1.2带集成变压器 1.3拓朴结构图： ● 部件数量少，可靠性高。30个IGCT    54个Diode ● 多电平无熔断器拓扑结构，IGCT与DTC，系统效率高。 ● 功率密度高，占地面积小。 ● 36脉冲配置，优化的电网友好性。 ● 效率高，安装、调试及维护简单。拥有成本低。 ● DTC，较好的控制性能。 ● 适用于标准电机。 ABB的ACS5000进口柜机，配有专门的主从控制模块, 技术性能较好， 箱体有ABB整体集成和国内配套移相变压器两种形式的箱体,目前在山西汾西的贺西煤矿主斜井带式输送机上应用的较好，但综合价格比较高。 主斜井带式输送机图 设备主要技术参数： 1.1  输送机型式：    头部卸料、双滚筒两电机驱动； 1.2  运输能力：    900吨/小时； 1.4  胶带宽度：      1400 mm； 1.5  带速：          4.0 m/s； 1.6  运输长度：    450m 1.7  倾角：        25° 1.8  提升高度：    190m 1.9  传动滚筒轴功率：（连续功率）； 1.10 驱动功率：      2×630KW（连续功率）； 1.11 驱动装置：      风扇+水冷压力润滑（SEW）； 1.12供电：        　高压：6kV，三相，频率50Hz；低压：380V，三相，频率50Hz； 运行情况 ： 两条胶带输送机目前正处于重载试生产期间，主井皮带为不同轴两电机驱动, 因为系统还没达到 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 能力,所以运行速度调整到2.0 m/s； 其运行参数如下： 所记录1个时段运行情况如下： 设计最高带速  2.5m/s；          实际运行带速为2.0 m/s； 工作电流：①15A          ②15A        电机转速：①1182r/min    ②1182 r/min 从上 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 可以看出,电流跟随和转速跟随的误差基本上为零，所以运行较稳定。 2、SIEMENS罗宾康变频器生产厂 2009年3月3日下午到西门子的罗宾康变频器生产厂进行实地考察，并与该厂技术人员进行了技术交流。 2.1罗宾康变频器 2.2拓朴结构图 该图为西门子罗宾康变频器，该系列变频采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。对于变频器整体而言，属于高-高变频，但从内部结构看成是高-低-高变频也有道理,6KV变频器实现了36脉冲整流,号称是“完美无谐波”变频,该变频器具有对电网谐波污染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性，不必加输出滤波器，可以使用普通异步电机，包括国产电机。 （1）、高压变频器基本部件： ● 36脉冲二极管整流，13电平IGBT/PWM逆变 ● 一体式输入干式隔离变压器，内部含测温元件 ● 保护等级IP31，整个变频系统采用空冷 ● 高压柜门保护连锁 ● 带工业以太网和Modbus通讯接口及相应的软件 （2）、变频器基本性能 ● 变频器为高-高结构，10KV高压直接输入，2.3KV---6KV直接输出，没有输出升压变压器，输出为单元串联移相式PWM方式，输出相电压为13电平，线电压至少为25电平。 ● 系统一体化设计，包括输入干式隔离变压器，变频器等所有部件及内部连线，用户只须连接高压输入，高压输出、低压380VAC控制电源和控制信号线即可。整套系统在出厂前进行整体负载测试并随机提供整体测试报告（包括变压器在内）。 ● 36脉冲二极管整流输入符合且优于IEEE519-1992标准及GB/T14549-93标准对电压失真和电流失真最严格的要求，变频器输入谐波电流小于2%。 ● 在20-100%的负载变化情况内达到或超过0.95的功率因数（无需功率因数补偿装置） ● 无需滤波器就可以输出正弦输出电流和电压波形，对电机没有特殊的要求，可以使用普通6.0KV异步电机，电机不必降额使用。据有软启动功能，没有电机启动冲击引起的电网电压下降，可确保电机安全、长期运行。 ● 变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%。变频器有共振点频率跳跃功能。 ● 变频装置对输出电缆长度无任何要求，电机不会受到共模电压和dt/dv的影响。 ● 变频器内部具有可编程逻辑控制功能，可以方便实现变频器和现场的接口。 ● 在输入4~20mA给定信号丢失时，变频器能保持原运行工况不变，一旦给定信号恢复有效时，变频器可以自动无扰地跟踪给定信号运行。 ● 变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试，也可在没有10KV高压情况下用低压电进行空载调试。 ● 控制采用无速度传感器矢量控制，控制精度高。 ● 变频器对电网电压波动有极强的适应能力，在＋10%范围内变频器能满载工作，在30%的电压下降情况下变频器能继续运行而不跳闸（降载运行），40%的电压下降可以短时运行，电网瞬时失电5个周期可满载运行而不跳闸，轻载时时间更长。 ● 变频器满负载荷时，系统效率高于96.5%（含输入变压器效率和变频器效率） ● 控制系统采用全数字微机控制，有自诊断功能。 ● 电极参数自动检测、控制系统参数自动优化。 ● 变频器具有自动故障记录，故障分析功能。 ● 变频器功率单元和主控系统通讯采用光纤连接，具有很高的通信速率和抗干扰能力，安全性好 西门子的罗宾康高压变频本身技术性能不错，只是没有主从模块，多机控制中的力矩分配是由PLC实现的，所以控制精度肯定会打折的,加之实现了国产化，移相变压器是也集成到了变频器柜内，综合价格优势很大。目前在宁煤清水营矿主斜井1号带式输送机应用效果较好。具体情况如下: 主斜井1号带式输送机图 设备主要技术参数： 1.1  输送机型式：    头部卸料、双滚筒三电机驱动，受料段两处； 1.2  运输能力：      3300吨/小时； 1.4  胶带宽度：      1800 mm； 1.5  带速：          4.5 m/s； 1.6  运输长度：      L1=778 m 1.7  倾角：          22°～26°  1.8  提升高度：      300m 1.9  传动滚筒轴功率：4294KW（连续功率）； 1.10 驱动功率：      3×1600KW（连续功率）； 1.11 驱动方式：      采用高压交-直-交变频驱动系统； 1.12 拉紧方式：      尾部液压绞车自动拉紧； 1.13 胶带：        ST4500阻燃型钢丝绳芯抗撕裂胶带，宽度B=1800mm 1.14 逆转力矩：      522KN.m；逆止器—DSN1000； 1.15 驱动装置：ML3PSF140+风扇+水冷压力润滑-31.5                （SEW）； 1.16 供电： 高压： 6kV，三相，频率50Hz； 低压：380V，三相，频率50Hz； 运行情况 ： 两条胶带输送机目前正处于重载调试期间，主井1#皮带的1#驱动电机由于冷却油泵故障还未处理好，所以主井1#皮带现在使用的是2#、3#同轴驱动电机，其运行参数如下： 所记录5个时段运行情况如下： 设计最高带速4.5 m/s；          实际运行带速为3.0 m/s； 工作电流：②50A        ③51A      电机功率：130KW    130KW 工作电流：②52A        ③53A      电机功率：131KW    122KW 工作电流：②51A        ③52A      电机功率：135KW    117KW 工作电流：②49A        ③50A      电机功率：128KW    117KW 工作电流：②55A        ③54A      电机功率：125KW    115KW 从上表可以看出,两台电机运行参数的误差不大，运行较稳定,于此同时，该矿经过对变频低速运行的节能测试,节能效果较好. 3.AB 的PF7000系列变频器用SGCT（PWM-Pulse Width Modulation -- 脉宽调制整流）,不用移相(变频)变压器,通过受控的整流系统减少谐波的产生. 多机控制中的力矩分配是由PLC实现的. 3.1（原理图）结构图： 3．2应用实例：目前在晋煤长平煤矿装车带式输送机有应用，具体情况如下: 装车带式输送机图 设备主要技术参数： 1.1  输送机型式：    头部卸料、双滚筒三电机驱动，受料段两处； 1.2  运输能力：      5000吨/小时； 1.4  胶带宽度：      2200 mm； 1.5  带速：          4 m/s； 1.6  运输长度：      L1=209 m 1.7  倾角：          13°～16°  1.8  提升高度：      57m 1.9  传动滚筒轴功率：2000KW（连续功率）； 1.10 驱动功率：      2×800KW（连续功率）； 1.11 驱动方式：      采用高压交-直-交变频驱动系统； 1.12 拉紧方式：      重锤拉紧； 1.13 胶带：        阻燃型钢丝绳芯抗撕裂胶带，宽度B=2200mm 1.15 驱动装置：   风扇+水冷压力润滑（SEW）； 1.16 供电：  高压：6kV，三相，频率50Hz； 低压：380V，三相，频率50Hz； 长平矿的这条胶带运行时间不长，且烧过两次板子。由于检修原因,考查现场没有看见起动过程和运转过程。 4、荣信电力高压变频,同罗宾康高压变频技术相仿,在国产变频器中品质算是较好的了,但没有主从控制模式的经验,该厂家承诺专门为胶带主从控制设计控制方案，没有对产品进行考查。 4.1高压变频器 4.2拓扑结构图 以上前三家的高压变频器在胶带机上有应用,在国内业绩不是很多,但从已经投运的两家产品来看，运行状态都很稳定，荣信电力的高压变频只有一拖二的业绩.因此招标只在前三家之间进行.招标范围定为：移相（变频）变压器、变频器（柜机）、主从控制块、电容（电力电容）及电感滤波器。同时对所配电机进行报价,以便准确反映影响系统总价的诸多因素。因为对中压6KV变频器的考察过程中AB品牌的噍的一个业绩,正在试运,而出现过两烧板子的故障,为保证技术可靠性,评标标准须定为技术分定为60-70分、价格分定为30-40分。或者干脆只从ABB或SIEMENS两家之间进行竞标. 高压变频器比较表： 序号 项目 ABB ACS5000 Robicon AB PF7000 1 负载类型 平方转矩、恒转矩 平方转矩 平方转矩、恒转矩 2 拓扑结构 电压源型 电压源型 电流源型 3 网侧友好性 36脉冲二极管整流，输入谐波约为1%（输入侧无需加补偿装置） 36脉冲多级串联，输入谐波约为2%（输入侧无需加补偿装置） 18脉冲晶闸管整流或SGCT（PWM整流）谐波约为5%（输入侧需加补偿装置） 4 电机侧友好性 标准电机（输出侧需加滤波装置） 标准电机（输出侧无需加滤波装置） 标准电机（变频器输出侧集成滤波装置） 5 变频变压器类型 自集成变频变压器或国内配套变频变压器 自集成变频变压器 晶闸管整流需配变频变压器，PWM整流可直接接3相变压器 6   半导体元器件 24只高压IGCT，9电平风冷 功率单元串联每个功率单元都是有二极管整流，IGBT逆变组成，风冷 功率单元串联每个功率单元都是有二极管整流，IGBT逆变组成，风冷 功率元器件是否串并联 否 功率单元串联而成 功率单元串联而成 可靠性指标 平均无故障时间约6年 平均无故障时间约1年 平均无故障时间约1年 7 动态特性 DTC直接转矩控制 -扫描周期25us -转矩响应3.5ms -动态控制精度0.2%sec 矢量控制 -扫描周期1ms -转矩响应10ms -动态控制精度0.3%sec 矢量控制 -扫描周期1ms -转矩响应10ms -动态控制精度0.3%sec 8 系统的效率 变频器的效率98%，变压器的效率约为99%，系统的整体效率97% 系统较复杂，变压器和变频器整体功率损耗比较大，系统整体效率为95% 系统整体效率95% -整流部分采用可控硅 -功率因数补偿装置增加损耗 9 力矩分配与速度匹配解决方案 有主从控制模块 通过PLC编程控制 通过PLC编程控制             剥离系统驱动方案： 根据剥离系统胶带驱动系统功率较大，电机起动电流较大，露天作业环境的特点，变频器和机械软起动表现出不同的优缺点。 ⑴、高压变频器缺点：采用36脉变频器，谐波虽然很小，但还必须根据实际的运行情况进行谐波治理。 ⑵、高压变频器优点:设备上不用考虑变频器的布置，驱动站结构件减少；设备移动方便；可低速验带冬季维护方便；电网电压偏低也不影响电机起动。与低压变频器相比因高电压小电流，功率元件发热较小。 ⑶、机械软起动的缺点是:体积较大,驱动部结构要考虑它的布局；驱动部结构还要考虑液压系统的布局；移动过程中如果结构发生弹性形变,设备的机体和管路也有损坏的可能；冬季维护困难；不能低速验带；大功率电机的直接起动对电网冲击较大；因为我矿为长距离低压供电,电机直接起动可能出现象一期液压铲一样的起动困难的问题，技术性能比变频要差。 ⑷、机械软起动的优点是:无谐波干扰。 根据以上特点建议剥离系统胶带驱动采用6KV高压变频驱动方案。 二、低压变频器状况和二期输煤系统驱动方案的确定 1.低压变频器状况 我们对下面是三家低压变频产品进行技术交流，技术性能比较如下表： 序号 项目 ABB ACS800-07 SIEMENS S150 Schneider ATV71EX-07 1 电压等级 0．693.3KV 0．693.3KV 0．693.3KV 2 拓扑结构 电压源型 电压源型 电压源型 3 网侧友好性 12脉冲整流 12脉冲整流 12脉冲整流 4 电机侧友好性 变频电机（输出侧需加滤波装置） 非西门子变频电机，输出侧需加正弦波滤波装置 电缆长度超过150，输出侧需加正弦波滤波装置 5 变频变压器类型 需配变频变压器 需配变频变压器 需配变频变压器 6   半导体元器件 三电平电压源型逆变器，12只高压IGCT 三电平电压源型逆变器，12只IGBT逆变组成 三电平电压源型逆变器，12只IGBT逆变组成 功率元器件是否串并联 否 采用高压IGBT串联，每个位置2个IGBT串联分压 否 可靠性指标 平均无故障时间约6年 平均无故障时间约3年 平均无故障时间约3年 7 动态特性 DTC直接转矩控制 -扫描周期25us -转矩响应3.5ms -动态控制精度0.2%sec 矢量控制 -扫描周期1ms -转矩响应10ms -动态控制精度0.3%sec 压频比，反馈矢量磁通控制，ENA系统 8 转矩与速度控制 有主从控制模块 有主从控制模块 有主从控制模块             这三家低压变频器在国际、国内同行业相同工况条下都有广泛的应用。在这三家中进行招标能够满足我矿的工况和技术要求。 但是根据在一期地面系统低压变频器使用中的经验和教训,发现采用低压变频器存在诸多问题。其中发热问题就是大功率低压变频的致命问题, 小功率液力耦合器有其价格优势， 在霍煤集团的选煤系统有着广泛的应用，所以我矿输煤系统胶带驱动系统相对固定,设备运行环境相对封闭，受天气影响较小,驱动功率也较小，因此电机直接起动对电网冲击也较小,小功率机械软起动的价格比变频器价格便宜。 根据地面输煤系统的这些特点,大家一致同意在意800KW以下电机采用高压电机-恒充式液力耦合器-减速机驱动方案。与此同时，驱动电机变更为6KV交流双速电机，电机空载起动要用Y/Δ起动方式，以减少电机直接起动对电网的冲击。 矿业公司二期筹备处 二○○九年六月九日