高压变频器提升机改造方案

1、高压变频器提升机改造技术方案一、技术方案概述2.1实施该技术方案的优点启动、制动平稳，不对设备产生冲击，延长设备寿命；制动时，将能量回馈电网，节约能源；低速爬行平稳，定位精度高；降低了运行噪声、发热量及粉尘，改善了值班环境；不需转子电阻及切换柜，减小设备占地空间；自动化程度高，操作简单，降低操作人员劳动强度；对于摩擦轮式的提升机，消除窜绳；转子串电阻调速和变频器调速互为备用。2.2现场技术参数副井车房绞车参数电机型号：JR1510-10 额定功率：315kW 定子额定电压：6kV 绞车型号：JKMD-2.25X4, 提升高度：559.5m，箱式井架，转子串电阻调速，双层罐笼，盘型闸，滚筒直径2

2、.25m。现场电压：6200V 用老式控制台主井车房绞车参数电机型号：YR5602-10/1180 额定功率：800kW 定子额定电压：6kV绞车型号：2JK-3/11.5E减 速机：XP9000-11提升高度：600米 转子串电阻调速，老式控制台2.3推荐方案及使用设备的选型根据副井的技术参数和现场实际条件，可以给副井的绞车只配备一台郑州市恒凯能源科技有限 公司的HK-YVF06/048的高压变频器，一台焦作华飞的JTDK-ZN-ZKT/P变频器主控台，一台高压 电源柜，和一台定子转子切换柜；给主井的绞车只配备一台郑州市恒凯能源科技有限公司的 HK-YVF06/096的高压变频器，一台焦作华

3、飞的JTDK-ZN-ZKT/P变频器主控台，一台高压电源柜，和一台定子转子切换柜。系统如下图所示:6000 -高压母线主要设备为高压变频器和主控台，通过主控台和高压变频器之间的控制，来完成原来系统的改 造。通过主控台和原来的信号系统的接口，原信号系统的所有信号都可以使用，并且原来用的手机 打点的方式通过现场的接口，也可以接入整个控制系统，使之成为一个整体。2.4变频器部分一次接线图三相高压电源2.5变频器部分二次接线控制/单元柜的背面右侧设有3个端子排，专用于与用户之间的接口。其中XT 1和XT2位于上 部的IO接口电路板上，XT3位于下部。详细的接线图见附表:XT1接模拟输出、远程控制和现场

4、开关量输入信号。出输流电端共公出输压电地接蔽屏出输流电端共公出输压电地接蔽屏1J输出频率输出电流远程正起远程反起紧急停机速度1速度2速度3速度4速度5外部复位高压分断高压分断备用 备用模拟输出分为0-10V电压输出和4-20mA电流输出两种，第一路输出的模拟量对应的是输出频 率，0-10V或者4-20mA对应0-50Hz，第二路输出的模拟量对应输出电流，0-10V或者4-20mA对应 0-1.5倍的变频器额定电流，作电压源输出时，负载阻抗要求大于5KQ ；作电流源输出时，负载阻 抗要求小于500Q。远程正起：输入要求为无源节点，常开点，设置为远程控制时常闭有效远程反起：输入要求为无源节点，常开

5、点，设置为远程控制时常闭有效紧急停机：输入要求为无源节点，常闭点，设置为远程控制时常开有效速度1-5 :输入要求为无源节点，常开点，设置为开关给定时常闭有效外部复位：输入要求为无源节点，常开点，变频器有重故障时闭合有效高压分断：输入要求为无源节点，常开点，任何时候闭合都有效XT2输出状态指示和控制高压开关柜的合闸和跳闸回路、接模拟输入及通讯等。合闸信号分闸信号模拟给定模拟反馈DCS通讯高压指示故障指示运行指示锁相成功 频率到达重故障输出闭合有效重故障输出断开有效注：分合闸信号是220VDC的时候，在画虚线的位置接MKP/104K/275VAC的X2安规电容.地接蔽屏入输压电端共公入输流电地接蔽

6、屏入输压电端共公入输流电变频器的输出状态为无源节点输出，用户需接有源信号灯。合闸信号：系统无旁路柜时，串联 于高压开关柜合闸回路，只有允许时才能合闸。分闸信号：系统无旁路柜时，并联于高压开关柜分 闸闸回路，有效后分断变频器的高压输入。合闸信号、分闸信号：当操作电源为直流时，需要外部 并联一个0.1UF的安规电容，如图6.4虚线所示。模拟输入可以是0-10V电压输入和4-20mA电流 输入两种，模拟量给定和模拟反馈最大输入电压15VDC，输入阻抗N0.1MQ ；最大输入电流30mA。通信线必须用带屏蔽层的，并且屏蔽层要接到XT2的PE端子上。端子号管脚号线号名称状态类型1、2AIO1、 ACOM

7、1频率输出14-20mA电流3、2AVO1、 ACOM1频率输出10-10V电压4PE屏蔽层接地5、6AIO2、 ACOM2电流输出24-20mA电流7、6AVO2、 ACOM2电流输出20-10V电压8PE屏蔽层接地9、10101、 EGND远程正向起停闭合有效电平信号11、12102、 EGND远程反向起停闭合有效电平信号13、14103、 EGND紧急停机断开有效电平信号XT115、16104、 EGND速度1闭合有效电平信号17、18105、 EGND速度2闭合有效电平信号19、20106、 EGND速度3闭合有效电平信号21、22107、 EGND速度4闭合有效电平信号23、2410

8、8、 EGND速度5闭合有效电平信号25、26111、 EGND外部复位闭合有效脉冲信号27、2829、30113、 EGND113、 EGND高压分断闭合有效电平信号31、32114、 EGND工频投切闭合有效脉冲信号33、34115、 EGND频工投切闭合有效脉冲信号1、2311、 312高压就绪指示闭合有效常开3、4315、 316故障报警指示闭合有效常开5、6319、 320运行指示闭合有效常开XT27、8321、 322锁相成功闭合有效常开9、10323、 324频率到达闭合有效常开11、12325、 326重故障输出闭合有效常开13、14331、 333重故障输出断开有效常闭17、

9、19、23、25、29、1820242630327328329330AII、 IGND合闸允许闭合有效常开分闸闭合有效常开模拟给定电流31、30AIV、 IGND模拟给定电压33、34AFI、 FGND模拟反馈电流35、34AFV、 FGND模拟反馈电压37、38485+2、 485-2DCS485通讯XT3为220V交流控制电源和光电编码盘信号1 L3 N8 7 51/f,ocP AP NP NGjf f 代 f rw f sr r x xarXT332 4 6 绿绿 黄黄光电编码盘由用户提供交流220V的控制电源交流控制电源要求容量N500VA，电压220V+15%-20%。光电编码盘的信

10、号线用屏蔽线缆，屏蔽 层要接PE。二、系统特性3.1变频器技术参数变频器技术参数型号HIVERT-YVF06/048HIVERT-YVF06/096变频器容量(kVA)5001000适配电机功率(kW)400800输入电压（kV）66额定输出电流（A）4896输出电压（kV）6每相串联单元数6输入频率45Hz55Hz额定输入电压6kV (-20%15%)调制技术矢量控制技术控制电源220VAC, 1kVA输入功率因数额定负载下0.97效率（含变压器）额定负载下0.96输出频率范围0Hz 到 120Hz输出频率分辨率0.01Hz过载能力200%额定转矩一分钟模拟量输入两路，010V/420mA模

11、拟量输出两路，010V/420mA上位通讯隔离RS485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0 到 40 C贮存/运输温度-40 到 70C冷却方式强迫风冷环境湿度90%,不结露安装海拔高度1000米（超过1000米时，需降额运行）变频器外形尺寸L-r变频器后面变频器整体的外形尺寸为：4100X2100X1500mm，变频器采用底部进出线方式，从正面看，高压进线孔位于变压器柜后部居中的位置，高压出线及二次进出线电缆孔位于单元柜前部居右的位置。变频器应安装在电缆沟上，见下图。16#槽钢,安装后柜体与槽钢点焊A部放大变频器安装图（侧面）变频器在正面操

12、作，二次接线室在背面。为了保证操作、维护的方便性和通风散热效果，变频 器正面距墙距离不小于1.5米，背面和顶部距墙距离不小于1米。变频器柜体介绍变压器柜：变压器柜内装有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一一对应。输入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

13、流检测在变压器的Y型短接电处的电缆上。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个功率单元和三相电抗器。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。控制室：变频器的控制系统安装在柜的前右面的控制室内，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室内。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

14、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（PWM）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，增强了变频器现 场

15、应用的灵活性IO接口板有处理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。下图为控制系统组成的模块，为人机界面部分，控制器和接口电 路。人机界面控制器接口电路控制电源系统包括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。人机界面系统为用户提供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，可选

16、上 位监控而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。人机界面下方是“故障复位”按钮及“高压分断”自锁按钮。 触摸屏上方有“高压指示”灯、“运行指示”灯和“故障指示”灯。高压输出室：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。3.2变频器原理控制原理HIVERT-YVF采

17、用转子带速度反馈的矢量控制技术。在转子磁场定位坐标下电机定子电流分解成 励磁电流与转矩电流。维持励磁电流不变，控制转矩电流也就控制电机转矩。电机转速采用闭环控 制。实际运行中给定转速与实际转速的差值通过PID调节生成转矩电流IT。经过矢量变换将IT、IM 变换为电机三相给定电流Ia*、Ib*、Ic*，它们与电机运行电流相比较生成三相驱动信号。控制原理 框图如图。主回路HIVERT-YVF系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。HIVERT-YVF变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高 的可靠性。输入电压电流检测输入电源

18、电测 入检 输压测检流电入输隔离变压器轴编码器信号控制器r.Lr.tz:也人机界面议协讯通 一一口 ，L.令输出电 压检测单元叠加单元串联脉宽调制叠波输出，相输出Y接，中性点悬浮，得到可变频三相高压电源，6kV系列 每相6个单元，10kV系列每相9个单元，大大削弱了输出谐波含量，输出波形几近完美的正弦波驱 动电机。下图为6kV变频器系列的电压叠加示意图。相电压线电压功率单元HIVERT-YVF系列产品具备100%定额功率的能量回馈能力。其结构图(2)如下:滤波环节快熔缓冲环节同步整流和有源逆变直流环节单元输出功率单元利用IGBT进行同步整流，同步整流控制器实时检测单元电网输入电压，利用锁相控

19、制技术得到电网输入电压相位，控制整流逆变开关管所构成的相位与电网电压的相位差，便可控制 电功率在电网与功率单元之间的流向。逆变相位超前，功率单元将电能回馈给电网，反之电功率由 电网注入功率单元。电功率大小与相位差成正比。电功率的大小及流向由单元电压决定，就同步整 流而言，整流侧相当于一个稳压电源，与电功率大小及方向相对应的电网与逆变相位差由单元电压与单元整定值之间的偏差通过PID调节生成。功率单元正面和缓冲环节功率单元侧面单元控制电路板输入侧U、V、W处的电压电流波形同步整流状态能量回馈状态3.3可靠性保证HIVERT-YVF系列变频器从研发、生产到整机测试，每个环节都将可靠性放在第一位，确保

20、用户 使用的安全性和可靠性，现从以下几点分别说明。原理HIVERT-YVF采用先进的功率单元串联叠波（又称功率单元多重化结构）方式、矢量控制的正弦 波PWM调制方法，利用成熟的低压变频器技术和功率器件IGBT，从原理上保证了系统的可靠性，并 使变频器的输入输出波形得到极大改善，在美国该方式变频器号称完美无谐波。功率单元和控制系统之间采用光纤通讯，实现强弱电间的完全电气隔离，提高了整个系统的抗 干扰能力。元器件为了保证系统的可靠性和使用寿命，主要元器件均采用国际知名厂家产品，主要元器件清单见 表。主要元器件清单序号名称品牌1IGBT德国西门子2整流管德国西门康3电解电容日本嘉美工或尼吉康4CPL

21、D美国赛灵思5驱动片日本三菱6风机德国EBM7吸收电容美国CDE8光纤及接口美国安捷伦9光藕日本东之10CPU美国英特尔3.4变频使用的标准Q/HDHIC001-2004HIVERT-Y系列中压变频器企业标准IEC 76Power Transformer;IEC 529Protection Classes of Cases(IP code);IEC 1131/111 PLCCorrelative norms;IEC 68Correlative tests;IEC68-2-6抗震动标准IEC68-2-27抗冲击标准IEC 1175Design of signals and connections

22、;IEC 801Electro-magnetic radiation and anti-surge-interferenceIEC 870Communication protocol;IEC1000-4-2EMC抗干扰标准IEC1000-4-3EMC抗干扰标准IEC1000-4-4EMC抗干扰标准IEC1000-4-5EMC抗干扰标准IEC1800-3EMC传导及辐射干扰标准EN50082-2工业环境的一般标准IEEE Std 519电气和电子工程师学会NFPA 70State Electrical Appliance Code;NFPA 61Recommended anti-electros

23、tatic methods;NFPA 78Specifications to protect from thunder;OCMA NWGIREV2Noise Level Norms;ISO/IEC 11801International electrical wiring;GB 12326电能质量电压允许波动和闪动GB/T 14549电能质量公用电网波动GB 1094.11094.5电力变压器GB 6450干式变压器GB/T 10228干式电力变压器技术参数和要求GB 17211干式电力变压器负载导则GB 311.1高压输变电设备的绝缘配合DL/T 620交流电气装置的过电压保护和绝缘配合GB/

24、T 3859.1半导体交流器基本要求的规定GB/T 3859.2半导体交流器应用导则GB/T 3859.2半导体交流器变压器和电抗器以及其它有关的现行标准。3.5控制台使用的标准煤矿安全规程(2004版)高压输变电设备的绝缘配合(GB311.1-1997)电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温(GB2423.1-2001)电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：高温(GB2423.2-2001)电控设备第二部分装有电子器件的电控设备(GB/T3797-1998)335KV交流金属封闭开关设备(GB/3906-1991)低压电气设备外壳防护等级(GB/T4942.2-1993)

25、低压开关设备和控制设备总则(GB/T14048.1-2000)电控设备的电磁兼容性符合国家标准要求3.6控制台特性主控台是该电控系统的控制中心，该设备采用操作台式结构，除位置、速度、温度、压力、电 流等必要的信号采集传感器和终端执行设备外，所有控制回路及操作全部集中于操作台中。按“安全回路双线制，主要保护多线制”的设计原则，设备主控部分采用技术先进、性能可靠 的FX2N型可编程控制器，配以我公司自主研发的可调闸模块、电源模块、语言报警模块等专利产品， 以及日本三菱公司生产的A/D、D/A转换模块，实现了提升机的工艺过程控制和各种逻辑保护。具有 按行程速度给定、PID速度闭环控制、各类安全保护、

26、自动化开车及各种工作状态显示等多种功能。本主控台自身具有应急提升功能，在不添加任何外部硬件的情况下，当PLC出现问题时，可 以实现故障状态下的低速运行。主要特点如下：安全回路双线制系统采用两套可编程控制器，分别从安装于高速轴和低速轴上的两个轴编码器采集信号， 形成安全回路双线制。两套可编程控制器采集的信号既相互独立，又相互比较。现场总线技术系统采用二套可编程控制器，安装于主控台内，实现了 控制的网络智能化。系统采用现场总线技术，在提高系统可靠性的同时，省去了大量的控制接线，具有安装调试简单，维护方便，故障率低等一系列优点。系统全数字化设计整套系统采用五套轴编码器，其中三套轴编码器实现了数字化的

27、行程、速度和保护给定及 高压变频柜测速反馈；另外两套分别用于主令控制器和手闸控制器，形成数字化的主令和 手闸控制器，为我公司的专利产品整套系统采用二个压力变送器、电流检测模块，将制动油压、润滑油压、电机电流转换模 拟信号，通过A/D模块将压力信号变成数字信号，实现显示和保护。全数字化的设计具有控制准确、操作方便、故障率低等特点。软件化的设计系统运用软件化的设计思想，能用软件实现的功能，决不用硬件，提高了系统的稳定性，大大减少了系统的硬件故障。模块化设计本系统运用模块化的设计思想，将多个功能集成为不同的电路模块，如语言报警模块：系统人性化的将操作提示和故障用语言的方式告知操作人员和维护人员； 语

28、言报警有减速点到、提升过卷、等速段过速、减速段过速、2m/s超速、钢丝绳松、闸瓦 磨损、深指失效、润滑泵末开、操作错向、轴编码器失效、紧急停车、打点错误、通讯错 误等二十段。可调闸模块：本模块集电制动开环和闭环以及工作闸开环和闭环于一体，且比较开环和闭 环后输出结果，具有线性好、输出功率大、稳定性高等特点，适用于各种电磁调节阀。电流检测模块：本模块将电机电流转换为电压信号后输出，模块内电流信号和电压信号完 全隔离，确保强电不窜入控制回路。电源模块：本模块为系统内各部件提供不同的稳压电源，具有输出功率大、稳定性强等特 点。所有模块都是即插即用的免调试模块，极大地缩短了处理故障的时间。工业控制人机

29、界面我公司首家将工业显示屏应用于绞车电控系统，显示绞车的各种静、动态参数，该液晶显示屏 采用日本进口最新型产品，存储容量大，具有多种数据接口及工业以太网接口，可以将所有画面上 传至以太网，并且可完全替代上位机，和上位机监控系统构成双冗余监控，极大的提高了系统安全 可靠性。主要显示画面如下：预备态：主要显示有容器位置、本次打点次数、上次打点次数、提升钩数、润滑油压、提 升时间、到位信号、模拟深度指示器以及主要故障指示等。运行态：主要显示有速度图、力图、容器位置、提升速度、电机电流、制动油压、本次打 点次数、转子加速级数、加速电流继电器等。故障态：本屏显示所有的故障点，红色为故障，绿色为正常，只要

30、调出此屏即知道故障之 所在，极大的缩短了查找故障的时间。故障记忆：当安全回路动作时，能记录在发生故障的那一时刻绞车的运行参数，非常方便 我们分析故障原因，可记忆多屏参数。绞车停车时显示预备态，绞车启动后自动转换为运行态，故障时自动转换为故障记忆，同 时也可手动切换。可根据用户要求增加显示内容。冗余化设计采用性能优越的进口可编程控制器作为主要控制器件，两套PLC相互冗余，构成安全回路双线 制，且冗余量不低于20%，主要用于现场增加保护和控制以及作为备用。抗干扰设计按照抗干扰的设计原则，在输入、输出、电源等方面有针对性地实施了抗干扰措施，完全符合 GB/T13926电磁兼容性要求，整套系统通过电兼容性试验，使得系统安全可靠。完善的防雷系统主控台内设置有完善的防雷系统，采用德国OBO公司设计生产的防雷器，有效地提高了系统抵 抗自然灾害的能力。3.6.10UPS 电源采用具有正弦波特性、功率容量足够大的不间断电源为控制回路供电，主要作用如下：当系统突然停电时，保证二级制动的有效性。正弦波纯在线工作方式，当系统停电时，输出切换时间为零秒，保证设备不间断供电。输入电压范围宽，输出电压稳定，保证设备的稳定工作。内置电源滤波器，提高了系统电磁兼容性。多种开车方式自动化开车：开车条件具备后，司机不需任何操作，即可自动运行。常规开车：司机根据信号，操作主令和工作闸