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Zuverlässiges Heben ist für den Tiefenschachtabbau unerlässlich, wo schwere Lasten, lange Wegentfernungen und anspruchsvolle unterirdische Bedingungen hohe Anforderungen an die Antriebssteuerung und die Zuverlässigkeit der Geräte stellen. In der Sanshandao-Goldmine in der Provinz Shandong, China, wurde der vier-Quadranten-Hochspannungswechselrichter von FGI ausgewählt, um die Minentriebwerke in einem Projekt mit einem vertikalen Schacht zu steuern, der 1.915 Meter unter dem Meeresspiegel reichen sollte.
Die Anwendung zeigt, wie Hochspannungs-Frequenzantriebstechnologie und Master-Slave-Steuerung die Motorkoordination, die Hubleistung und die Energieeffizienz in anspruchsvollen Bergbaubetrieben verbessern können.
In der Nähe der Laizhou-Bucht gelegen, ist die Sanshandao Gold Mine ein Offshore-Bergbauprojekt mit komplexen geologischen Bedingungen. Der Schacht wurde auf eine Tiefe von 1.915 Metern ausgelegt, mit einem fertigen Schachtdurchmesser von 10,5 Metern und einem Ausgrabungsdurchmesser von 11,5 Metern. Zum Zeitpunkt des Projektberichts wurde er als Asiens erster und weltweit fünfttiefster vertikaler Schacht im Bau beschrieben.
Die Mine steht beim Bau des Schachts vor mehreren Herausforderungen, darunter hohe Bodenspannungen, Wasserdruck im gebrochenen Gestein, korrosives Grundwasser und steigende unterirdische Temperaturen. Diese Bedingungen stellen hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Betriebsstabilität des elektrischen Hebesteuerungssystems.
Das Hebesystem verwendet zwei Wickelmaschinen, die jeweils mit zwei Motoren ausgestattet sind, die eine gemeinsame Trommel durch eine Doppelmotor-Doppelgetriebe-Anordnung antreiben. Das System unterstützt sowohl Einmotor- als auch Doppelmotorbetrieb und bietet Flexibilität für unterschiedliche Bau- und Lastbedingungen.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, wählte das Projekt vier FGI JD-BP37-2250T Vier-Quadranten-Hochspannungswechselrichter aus, jeweils mit einer Leistung von 2.250 kW und 6 kV, um vier Hochspannungsmotoren mit 2.000 kW zu steuern.
Die JD-BP37-T-Serie kombiniert Vektorsteuerung, regenerative Energierückkopplung und Hochleistungs-IGBT-Technologie für anspruchsvolle industrielle Antriebsanwendungen.
| Parameter | Spezifikation |
|---|---|
| Wechselrichtermodell | JD-BP37-2250T |
| Nennleistung | 2.250 kW pro Einheit |
| Eingangsspannung | 6 kV |
| Ausgangsspannung | 0–6 kV |
| Nennausgangsstrom | 270 A |
| Frequenzbereich | 0–50 Hz |
| Kontinuierliche Überlastkapazität | 110% |
| Kurzfristige Überlastkapazität | 150 % für 1 Minute; 220 % für 1,5 Sekunden |
| Steuermotorische Leistungsbewertung | 2.000 kW pro Motor |
| Anzahl installierter Wechselrichter | 4 Einheiten |
Die direkte Hochspannungs-Ein- und Ausgangskonfiguration ermöglicht es dem Wechselrichter, sich an das bestehende 6-kV-Motorsystem anzuschließen, ohne dass ein Zwischentransformator als Teil der Antriebsanordnung erforderlich ist.
Ein zentrales Merkmal des Vier-Quadranten-Hochspannungswechselrichters ist seine Fähigkeit, sowohl im Motor- als auch im Rekuperationsmodus zu arbeiten.
Beim Heben wandelt der Wechselrichter elektrische Energie in kontrollierte Motorleistung um. Während des Rekuperationsbetriebs, etwa wenn der Heber eine schwere Last senkt, kann der Motor als Generator betrieben werden. Der Wechselrichter leitet die zurückgewonnene elektrische Energie an das Wechselstromnetz zurück, anstatt sie durch herkömmliche Bremsung als Wärme abzuleiten.
Dieser bidirektionale Energiefluss unterstützt rekupatives Bremsen, reduziert bremsbedingte Energieverluste und trägt zur Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz des Hebesystems bei.
Die PWM-gesteuerte Eingangsstufe hilft außerdem, den Netzstrom zu regulieren und den Leistungsfaktor zu verbessern, während die harmonische Stromzufuhr unter geeigneten Betriebsbedingungen begrenzt wird.
Für Minenhebeanwendungen sind stabiles Drehmoment sowie kontrollierte Beschleunigung und Verzögerung besonders wichtig. Die JD-BP37-T-Serie verwendet Vektorsteuerung, um ein hohes Startdrehmoment, eine reaktionsschnelle Drehmomentregelung und eine präzise Drehzahlregelung zu gewährleisten.
Das System integriert außerdem anwendungsorientierte Funktionen, darunter:
Automatische Umgehung der Leistungseinheit:Ermöglicht es, eine fehlerhafte Leistungseinheit unter unterstützten Fehlerbedingungen zu umgehen, was dem System hilft, einen Betriebszyklus abzuschließen, wenn die erforderlichen Betriebsbedingungen erfüllt sind.
Stromausfallschutz:Bietet Schutzmaßnahmen gegen unerwartete Versorgungsunterbrechungen, ein wichtiger Aspekt beim Absetzen der schweren Last.
Niedrige Standby-Verluste:Reduziert keine Lastverluste, wenn das Laufwerk im Standby ist.
Mehrere Bremsmethoden:Unterstützt rekupative, gleichstrom-, Sicherheits- und dynamische Bremsfunktionen.
Unabhängige Kontrollkraft:Erleichtert Inspektion, Inbetriebnahme und Wartung, ohne den Haupthochspannungskreis mit Strom zu versorgen.
Integrierte Steuerschnittstellen:Unterstützt den Signalaustausch mit dem elektrischen Steuerungssystem des Hebers.
Diese Funktionen helfen dabei, die praktischen Anforderungen des schweren Hebens zu erfüllen, bei denen operative Kontinuität und koordinierter Schutz entscheidend sind.
Jede Hebemaschine verwendet zwei Motoren, um eine gemeinsame Trommel anzutreiben. Die größte Steuerungsherausforderung besteht darin, Drehzahl, Drehmoment und Leistung der Motoren korrekt abzustimmen.
Eine Anordnung mit nur einem Inverter und zwei Motoren kann schwierig zu optimieren sein, wenn die Motoren und mechanischen Getriebekomponenten unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Eine ungleiche Lastverteilung kann dazu führen, dass ein Motor übermäßige Last trägt, während der andere weniger beiträgt, was das Risiko einer Motorüberlastung und Antriebsbelastung erhöht.
Für dieses Projekt implementierte FGI ein Master-Slave-Steuerungsschema, bei dem zwei unabhängige Wechselrichter jeweils zwei Motoren separat antreiben.
Ein Wechselrichter arbeitet als Hauptinverter, während der andere als Slave fungiert. Die Bedienerstation sendet die Betriebsbefehle und die Geschwindigkeitsreferenz an den Hauptwechselrichter. Die beiden Wechselrichter tauschen Steuerinformationen über Glasfaser-Kommunikation aus.
Die Steuerung funktioniert wie folgt:
Master-Geschwindigkeitsregelung:Der Hauptwechselrichter empfängt die Drehzahlreferenz vom Hebesteuerungssystem und regelt die Motordrehzahl.
Drehmomentregelung des Slave-Drehzahls:Der Slave-Wechselrichter folgt den koordinierten Steuerbefehlen des Masters und regelt das Motordrehmoment.
Lastverteilungskoordination:Das System überwacht aktive Strominformationen und passt den Antriebsbetrieb an, um Motorleistung und Drehmoment auszugleichen.
Flexibilität im Betriebsmodus:Die Steuerungskonfiguration unterstützt den Betrieb mit zwei Motoren und ermöglicht eine Einzelmotor-Moduswahl über die Steuerschnittstelle.
Diese Anordnung ermöglicht es, dass die beiden Motoren zusammenarbeiten und dabei unabhängige Antriebssteuerung und motorspezifischen Schutz erhalten bleiben.
Für einen tiefen Minenheber hilft eine effektive Koordination zwischen Haupt-Sklav, ungleichmäßige Belastungen zu reduzieren, unterstützt eine gleichmäßigere Beschleunigung und Verzögerung und verbessert die Konsistenz des gesamten Hebeprozesses.
Der Vier-Quadranten-Hochspannungswechselrichter bildet einen Kernbestandteil der Hebeantriebs- und elektrischen Steuerungsarchitektur.
Die Bedienerstation gibt Vorwärts- und Rückwärtsbefehle, einen Notstoppbefehl und eine analoge Geschwindigkeitsreferenz. Der Wechselrichter liefert betriebsbereite, Fehler- und Sicherheitsschaltungsstatussignale zusammen mit analogen Überwachungssignalen für das Steuerungssystem.
Hochspannungs-Isolationsschalter unterstützen eine sichere Wartung. Das Hochspannungs-Fehlerauslössignal des Wechselrichters ist mit dem oberen Leistungsschalter vernetzt, sodass ein Wechselrichterfehler die entsprechende Aufwärtstrennung auslösen kann.
Das breitere Hebesteuerungssystem verfügt außerdem über Schutzfunktionen für Übergeschwindigkeit, Überfahrt, Rückwärtsdrehung, Bremssystemauffälligkeiten, Seilschlaffe, Schmierbedingungen und andere Betriebsfehler. Je nach erkanntem Zustand kann das System eine angemessene Schutzreaktion auslösen, einschließlich Notbremsung.
Die Integration von Antriebssteuerung, Betriebsrückkopplung und Schutzverriegelungen ist für den sicheren Betrieb leistungsstarker Minenhebanlagen unerlässlich.
Das Sanshandao-Minenhebesystem wurde laut dem ursprünglichen Projektbericht Ende Dezember 2021 erfolgreich in Betrieb genommen. Der Bericht verzeichnete den normalen Betrieb für mehr als zwei Jahre nach der Indienststellung.
Die Feldanwendung zeigte mehrere praktische Vorteile:
Verbesserte Hebekontrolle:Die variable Frequenzregelung ermöglichte eine gleichmäßigere Beschleunigung und Verzögerung.
Bessere Koordination zwischen zwei Motoren:Die Master-Slave-Steuerung half dabei, die Leistung zweier Motoren zu koordinieren, die eine gemeinsame Trommel antrieben.
Regenerative Energierückgewinnung:Der Betrieb mit vier Quadranten ermöglichte es, während des regenerativen Betriebs elektrische Energie ins Netz zurückzuspeisen.
Verbesserte Betriebssicherheit:Antriebsschutzfunktionen, Fehlerverriegelung und koordinierte Steuerung unterstützten einen stabilen Systembetrieb.
Flexible Betriebsmodi:Einmotor- und Doppelmotorbetrieb erfüllte während des Wellenbaus unterschiedliche Anforderungen.
Der ursprüngliche Bericht beschrieb den Energiespareffekt als bedeutend, gab jedoch keinen quantifizierten Energiesparprozentsatz an. Die tatsächlichen Einsparungen hängen vom Hebewerkungszyklus, dem Lastprofil, den Bremsbedingungen und der Gesamtkonfiguration des Systems ab.
Das Sanshandao-Projekt veranschaulicht die Rolle von Hochspannungs-Frequenzvariablen in anspruchsvollen Bergbauanwendungen. Für tiefe vertikale Wellen muss das Antriebssystem mehr als nur die Motordrehzahl regulieren: Es muss auch mehrere Motoren koordinieren, die Rekuperationsenergie steuern und sich mit der Schutzsteuerungsarchitektur des Hebezugs integrieren.
Der Vier-Quadranten-Hochspannungswechselrichter von FGI eignet sich für neue Minenhebeanlagen, Schachtbauhebewerke und Modernisierungsprojekte mit bestehenden AC-Hebenantrieben. Seine Kombination aus Vektorsteuerung, regenerativem Bremsen und Master-Slave-Koordination bietet einen praktischen Ansatz zur Verbesserung der Fahrleistung und Energienutzung in schweren Bergbaubetrieben.
Für Bergbaubetreiber und Systemintegratoren sollte die Wahl einer Antriebslösung Motorwerte, Wellentiefe, Lasteigenschaften, Bremsanforderungen, Steuerschnittstellen und die erforderliche Sicherheitsarchitektur berücksichtigen.
Suchen Sie eine Hochspannungs-Wechselrichterlösung für Bergwerksheben oder schwere industrielle Antriebe?Kontaktieren Sie FGI, um Ihre Motorparameter, Betriebsbedingungen und Anwendungsanforderungen zu besprechen.
