变频绞车在矿井提升中存在的问题及解决措施

变频绞车在矿井提升中存在的问题及解决措施
摘要：变频绞车凭借自身具有的高安全性、稳定性、操作便捷、成本花费低等优势，被广泛地应用在煤矿提升系统当中，有效地减少了机械冲击事故的发生，提高了运行的平稳性和安全性，消除并控制了噪音和散热的程度，改善了人机工作的环境。

文章分析了绞车变频工作原理、应用效果，详细介绍了该绞车在应用中存在的问题及相应的解决措施。

关键词：变频绞车；矿井；提升；问题；措施
引言
提升绞车在煤矿系统中担负着提升运输任务，是矿井提升煤炭、矸石、材料及运送人员的关键设备。

随着变频器不断发展和应用，变频绞车也在煤矿系统中得到推广应用，变频绞车能够实现无级调速、降低能耗、故障少、维护方便等良好效果，使煤矿绞车系统迈上了一个新的台阶。

一、变频器的工作原理
（一）异步电动机的转速
n＝60f（1－s）/p
式中：
n——异步电动机的转速
f——异步电动机的频率
s——电动机转差率
p——电动机极对数
上式可知，转速n与频率f成正比，只要将频率f改变就能改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围很广。

变频器是通过将电动机电源频率改变达到速度调节的，是一种高效率、高性能的调速方法。

通过将电机定子供电频率改变来对电机的转速进行控制是提高绞车系统中变频工作的主要原理。

（二）“交—直—交”变频器
变频器就是一个能够任意将频率改变的交流电源。

“交—直—交”变频器首先通过三相全波整流把交流电源整流为直流，再通过开关元件把直流逆变为交流，达到控制输出电源频率的目的。

因为变频器可以随意控制电动机的频率，所以能
够实现电动机的正反转，并且对电动机的负力运行、电气制动、动力制动及其实现二级制动等方面均能通过PLC程序及控制元件来实现。

某煤矿用的变频绞车控制系统框图如图1，操作台PA发出操作指令信号，传输到PLC，PLC依据轴编码器PC1、PC2及回馈制动LS传送的信号在内部比较，再通过软件程序对变频器进行启动、停车、制动等操作进行控制。

AK-控制及监视系统;PA-操作台;HA-开关;VFD-变频器系统;LS-回馈制动;DS-PLC控制回路;PC1-轴编码器1;PC2-轴编码器2
图1变频绞车控制系统框图
二、变频调绞车应用效果分析
（一）节电效果好
据相关的调查资料显示，新型的变频调速器具有不同程度的能量回馈功能，能够在提升绞车下放的过程中将机械的能量转化为电能并顺利地输送到电网当中。

同时，新型的变频调速器在运行过程中还能够有效消除和减少调速过程中电阻能耗所散发出的热量。

改造后的变频绞车的节电率与改造前的变频绞车节电率提升了20%~25%。

（二）安全性能高
新型的变频调速器在启动过程中对电流频率的要求较小，正常情况下，都能十分顺利地完成启动，起步的平稳性较之前也得到了较为明显的提高，运行速度受负载量变化程度的影响较小，安全性能在整体上得到了提高。

（三）维修成本低
新型的变频调速器在运行过程中极少出现故障，即使出现故障也都是一些较小的问题，所需的维修成本较低，从而在侧面上减少了维修工作量。

同时，由于新型变频调速器的节电效果较好，从而有效地避免了因电阻发热影响作业质量的现象。

（四）工程量小
变频绞车机房峒室相对较小，比较简单，与老绞车相比可节省10平方米面积，土建工程量较小，费用较少。

（五）设备简单
变频绞车设备相对较简单，安装调试方便。

变频绞车应用中存在的问题及相应措施。

三、变频器的选用
煤矿绞车提升的运行负荷比较大，具有较大惯性，负载的特点是启动时冲击很大，因此要求变频器有一定余量。

同时，在重物下放时，会有能量回馈，因此要使用制动单元或采用共用母线方式。

与其他传动机械相比对变频器有着更为苛刻的安全性能上的要求，它可以对所有交流电动机的核心变量进行控制，并把定子磁通、转矩作为主要控制变量。

高速信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机状态更新，对负载的变化和瞬时掉电，能做出迅速响应。

四、变频绞车应用中存在的问题及相应措施
（一）保护引起的问题及解决措施
1、变频器电源未合：也称作主电源未合，操作台上的变频器电源如果无指示，对变频器供电进行检查，看变频器供电的馈电开关、接触器、中间继电器的辅助触点工作、示牌正常与否。

2、硬件上下过卷：硬件上下过卷开关动作或断开，这时把“过卷旁路”开关打到“上下过卷旁路”位置，再通过检修方式把车开到正常位置后，可正常停车。

3、软件上下过卷：控制系统软件中分别设有上下过卷，设定太大会造成过卷事故，太小会由于深度指示误差致使未到停车点而产生过卷，对正常开车造成影响。

斜巷通常为多水平提升，对于过卷要求不高，所以过卷距离通常为2m。

4、等速超速、定点超速、手动紧停等故障，在查完系统后这种故障通过“事故复位”能及时排除。

5、轴编码器（PG）故障（断线）：这种故障指的是变频器反馈速度和轴编码器采集速度之间误差高过0.3m/s，系统则以为轴编码器故障，可对轴编码器是否断线、轴编码器的连接部位、相应的传动部位、变频器速度反馈、速度反馈电缆进行检查。

6、残压过高故障：如果液压站残压太高，会造成盘形闸施压制动力不足而溜车。

这时应对液压系统调节合适压力进行检查。

7、变频器失控故障：指变频器的输出和PLC控制系统指令不一样，通常是变频器运行反馈的中间继电器不吸合，检查变频器运行反馈的中间继电器吸合、变频器反馈线路、变频器运行反馈、如果都正常，对变频器控制器的接线进行检查，看是否松动。

8、急停故障：系统有一条硬件安全电路和两条软件安全电路，其相互冗余
和监控，一个有问题其他两条都会出现问题。

PLC紧停故障可检查变频器电源未合、过卷故障、等速超速故障、定点超速故障、手动紧停故障、轴编码器故障、液压站残压或油压过高故障、传动系统、PLC停止、错向保护故障、硬件紧停等。

（二）设备引起的问题及解决措施
1、绞车只可以单方向运行故障：系统速度给定信号是0～8V的直流模拟信号，有两个电位器分别负责上提与下放的分压，再用主令手柄分别控制上提和下放的速度给定。

对两个电位器进行检查，并排除故障。

2、编码器故障：因为编码器1、2分别在减速机和深度指示器上安装，互为冗余，并分别进入PLC1、PLC2。

可将编码器和传动轴的连线拆开，轻轻转到编码器的小轴，且看相应的PLC上的IN0和IN1两个指示灯是否闪亮。

闪亮则编码器正常，若一个不闪，查编码器的空开、电缆、接线等，且在编码器电源侧有DC24V电压，来判断编码器是否有损坏。

五、注意事项
结合我矿在设备选型、安装调试、提升系统配套设施等方面，要注意的一些事项：
一是由于煤矿井下条件相对比较复杂，运行过程中负载变化也比较大，对提升绞车的要求，要有一定的过载能力，提升绞车的主电机功率要适当选择大点，如JTPB1.6×1.2绞车主电机最好选功率185kW，相应变频器容量选择也要相应增大。

我矿在提升运行中，也出现过3次故障，问题均显示是
变频器故障，经过检查也都是在变频柜中的三块功率放大板出现问题，影响到绞车正常运行。

解决办法是更换功率放大板，将原来NX10653/261功率放大板换成NX10653/502功率放大板，加大功率放大板过载能力和抗干扰能力。

二是变频提升绞车对周边的工作环境要求相对比较高，主要是要做到机房峒室干燥，机电设备周围不能有滴水；通风条件要好，机房峒室的通风必须是处在新鲜风流的进风侧。

三是斜井井筒施工角度要控制在22°之内，采区下山轨道要选22kg/m及以上轨道，轨道的敷设必须达到标准要求，减少重车提升过程中的掉渣现象，尽量减少提升过程重车掉道现象的发生，变频绞车过载能力比较低，在处理重车掉道时相对比较薄弱，一旦重车掉道就有可能影响到生产和安全。

四是机房设备安装时，进线电缆宜有金属套护或电缆钢管，电缆两端应就近可靠接地，与机房地基接地网相连；绞车机械电控的基础四周必须要有接地避雷带，接地阻值要达到井下机房峒室的要求。

绞车机械和电控设备的外壳必须采用
50×5mm以上的镀锌扁铁进行可靠连接并接地，达到提高变频绞车在运行过程中对外界抗干扰能力。

结语
矿井提升绞车能够提升煤炭与矸石、升降人员、物料及设备，其运转的安全性、可靠性、经济性不但对整个煤矿的生产有很大影响，还威胁到人员的生命安全。

所以，提升绞车的安全运转性能意义重大。

参考文献：
[1]王守全.矿井提升机变频技术的应用与发展[J].矿山机械,2008,23:71-74.
[2]马进.变频绞车在矿井提升中存在的问题及解决措施[J].工矿自动化,2011,06:104-107.。