浅析驱龙铜矿胶带运输系统能量回馈控制

浅析驱龙铜矿胶带运输系统能量回馈控
制
摘要：大型下运带式输送机在大型、特大型矿山矿石运输系统中经常使用。

大型下运带式输送机在运行过程中往往由于惯性作用使电动机出现负工况运行，从而出现飞车现象，导致设备及人身安全事故，使用变频调速及常用的制动方式很难达到良好的控制效果。

对此，本文结合能量回馈制动单元新技术在世界高海拔大型矿山系统--西藏巨龙铜业有限公司驱龙铜矿矿石运输系统中的应用，提出了新的控制技术，不仅安全可靠地控制了下运带式输送机的运行，而且在运行中通过能量回馈到系统节约了电能，大大降低了能耗和运行成本。

关键字：矿石运输系统；能量回馈；节约电能；降低能耗
1引言
驱龙铜矿在西藏自治区拉萨市墨竹工卡县西南约20km处，位于冈底斯山脉与念青唐古拉山脉结合部位，平均海拔在5000m以上，昼夜温差大，且有冰川地貌，最大冻土层深度：0.21-0.6m、基本风压：Wo=0.40KN/㎡、基本雪压：
So=0.40KN/㎡。

该矿是紫金矿业集团有限公司国内目前所属最高海拔的铜矿，采用汽车+胶带输送机联合运输方案，结合集团目前ESG建设，驱龙铜矿作为集团新入矿山对节能减耗有所要求。

2工程概况
驱龙铜矿设计生产规模150kt/d（45000kt/a），扩建后生产规模300kt/d （90000kt/a）。

矿石粗碎及原矿运输：采用汽车+半移动式（固定式）破碎站+胶带输送机联合运输方案。

一期露天坑南部沟口1#、2#半移动式破碎站单台额定破碎能力5kt/h、最大破碎能力8 kt/h，设计要求共同完成10 kt/h（满载运行）的矿石破碎任务，目
前可靠运行8kt/h；以及相应配套的1#、2#排料胶带机（CV01、CV02），转运胶
带机（CV03），主运输胶带机（CV04）和原矿堆场布料胶带机（CV05）；矿石胶
带运输线路：CV01+CV02→CV03→CV04→CV05。

一期CV04主运输胶带机带宽 B = 1800mm、水平总长5836m、提升高度-580m、爬坡角度约 - 10°、目前最大输送量8kt/h、带速7.5m/s、功率6560kW，主要
作用是将1#、2#半移动式破碎站破碎后的半成品矿石输送到原矿堆场。

3控制系统概述
驱龙铜矿CV04带式输送机是典型的下运带式输送机，下运段载荷超过
800t/h情况时，CV04带式输送机电机为负工况（即发电工况），目前因处于生
产调试运行阶段满载为8kt/h运行，最大负功率约为2360 kW（整体设计上所产
生电能每小时为9-10MW）。

当CV04带式输送机运行载荷超过800t/h，此时同步
电动机实际上已成为同步发电机，将在变频器（690V）交流侧电容上产生多余的
能量，若不及时高效地释放这部分能量，会引起变频器过压保护动作，造成变频
器主回路上功率元器件的过压损坏导致烧坏或损坏电机，容易发生皮带飞车事故。

出于节能、安全、环保考虑，驱龙铜矿CV04带式输送机采取利用变频控制加回
馈制动单元的控制措施，将交流侧电压升压至10kv送回北变电站电网，起到节
能减耗作用。

4工况分析和节能计算
变频器驱动负载分为以下 3 个工况运行，CV04带式输送机在各种工况下功
率见表 1。

表 1 西藏巨龙铜业有限公司驱龙铜矿矿石运输系统CV04带式输送机运行工
况分析（单台电机）
按照各个工况实际运行时间的比例测算如下:
（1）平运段有载荷和全程无载荷是正工况运行，变频器及前端不可能向电
网回馈电能。

这种工况下运行的时间比较短。

（2）全程有载荷、平运段无载荷而下运段有载荷是负工况运行，这时变频
器及前端向电网回馈电能。

这种工况下运行的时间较长。

每小时单台电机向北变
电站电网回馈的电能计算如下: P = ( P1 × K1 + P2 × K2 + P3 × K3)×
N1 × N2 （1）式中: P1、P2、P3 为工况1、2、3下运行的电机功率，K1、K2、K3为工况 1、2、3下运行的时间比例系数; N1为交交变频器损耗，取 0. 85;
N2 为回馈电网的电能的有效成分，取0. 9。

经计算，P = -1180.18 kW，采用 FC补偿滤波系统进行处理在本次应用中能
够带来的节能效果明显。

以 CV04 带式输送机现阶段生产为例（平均8kt/h），
每天运转18h，每月生产28d，则每月节能1189621.44 kW·h，电费0.71元/ kW·h。

目前理论上每月电费节省844631.2元。

5能量回馈制动单元自动控制方案
5.1能量回馈控制方式
为满足最大负荷生产需要，CV04带式输送机设计为2台6000kW电动机同时
拖动，能量回馈采用一拖二方式。

5.2能量回馈制动单元自动控制原理
下运带式输送机的电机有正功率运行和负功率运种工作状态。

（1）正功率运行。

当空载启动时，它与常规电机启动一样，通过变频器将
电机缓慢启动，并逐渐加速至设定转速，此段显示器显示为正功率运行，电动机
保持设定速度匀速运行。

（2）负功率运行。

当CV04带式输送机负载（超800t/h）时，皮带在矿石重
力作用下开始加速，电机的同步转速超过额定转速，CV04带式输送机驱动电机由
正功率运行转为负功率运行，电机处于发电状态。

若采用常规控制方式，电机的
转速将越来越快，为防止发生飞车事故，在考虑节能、安全情况下，应用同步电
机四象限中第二象限的电压型交－交变频器，通过变频器690V升压变变为10kV，经FC滤波环节（设计文件为SVG补偿）把分时导通的可控硅的再生能量连接到
10kv母线，通过10kv母线及时高效地回收能量回馈到北变电站电网，一方面是
实现电动机的精密制动，提高电动机的动态性能，使电机限定在规定速度内运行
来保证CV04带式输送机的正常运行；另一方面是满足节能降耗要求。

6能量回馈制动单元自动控制特点
闭环控制通过磁场定向闭环矢量控制，实现运转需求速度、转矩运行，实现
直流驱动动态特性，试电流元件形成转矩，可精确、独立的控制连续改变，特定
转矩可以精确的保持和限制。

驱动控制整合在变频器单元内实现速度控制、可调
的加速度和停止时间、驱动间的负载平衡、滚筒间的负载平衡、滚筒打滑保护等。

运行工况显示，将负功率返回北变电站电网，能实现节能降耗。

7运行实况
（1）空负荷运行工况。

电源电压1226V，带速7.5m/s，此时运行功率为148.35kW（正工况运行）。

（2）半负荷运行工况。

电源电压1226V，带速7.5m/s，此时运行功率为额
定功率的-20%，每小时为电网反馈功率1175.7kW。

（3）目前满负荷8kt/h运行工况。

电源电压1226V，带速7.5m/s，此时运
行功率为额定功率的-46%，每小时为电网反馈功率1593.8kW。

从上述运行情况分析，CV04带式输送机在目前的满负荷运行工况（取8kt/h）时，每小时向电网反馈电能约为2360 kW。

为保护设备正常运行，没有进行最大
负荷（10 kt/h）调试，从以上结果证明采用能量反馈制动控制未发生飞车现象，节能效果明显。

8结束语
西藏巨龙铜业有限公司驱龙铜矿矿石运输系统CV04带式输送机能量回馈控
制单元目前已经投入运行，就目前生产负荷调试结果看各项指标均达到预期目标。

能量回馈控制单元自动控制在矿石运输系统中的应用对提高我司节能降耗能起到
作用。