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深圳市英威騰電氣股份有限公司

為了不讓交通因素制約經(jīng)濟的發(fā)展，近幾十年來，在國家和各地方政府的大力投資下，我國道路的發(fā)展日新月異，各地道路通車里程屢創(chuàng)新高，尤其包括高速公路、長大橋梁和公路隧道等公路基礎(chǔ)設施的發(fā)展更是舉世矚目。

在修筑工程中，最為復雜與困難的情況之一就是山區(qū)隧道工程。公路隧道往往穿越崇山峻嶺、地形陡峻、植被茂密，施工方案技術(shù)難度極大，同時需要防范生態(tài)破壞，預防可能造成高風險的人員傷亡。

斜井提升機是礦井提升機的一種,主要應用在中小型礦井的副斜井、軌道暗斜井和軌道上下山的提升運輸上。在隧道挖掘生產(chǎn)中，斜井提升機起著非常重要的作用，直接影響隧道挖掘生產(chǎn)的效率及安全，不僅承擔著運送人員及其它物料的作用，還經(jīng)常被用來接送上下班的工人，因此提升機的舒適性、安全性就顯得尤為重要。

1　項目背景

寶雞至坪坎高速公路是陜西省“十三五”在建高速公路中規(guī)模最大、建設標準最高、施工難度最大的項目。項目全長73.238公里，概算投資129億元，建設工期6年。全線采用六車道高速公路技術(shù)標準，設計速度每小時80公里，項目主線橋梁52座共計20652米，隧道16處共計32026米，橋隧比例達71.9％，其中全長15.56公里的秦嶺天臺山特長隧道建設規(guī)模世界第一。

由于橋隧比例高、便道修建難度大、施工場地及橋梁預制場地狹小，此次建設施工組織極其困難。同時，路線經(jīng)過嘉陵江源頭、清姜河，穿越天臺山國家級風景名勝區(qū)，環(huán)保、生態(tài)防護要求比較高。

2　項目實施

針對此次天臺山隧道挖掘工程的復雜情況與困難程度，英威騰提出了全新的隧道斜井提升方案，系統(tǒng)由英威騰四象限高壓變頻器+三電平中壓變頻器以及控制系統(tǒng)組成，應用方式為四象限高壓變頻拖動+中壓變頻低頻備用拖動（備用）。

其中，英威騰高壓四象限變頻器采用矢量控制，可能量回饋運行，采用速度閉環(huán)與電流閉環(huán)控制，使得轉(zhuǎn)矩控制動態(tài)響應迅速，從而獲得良好的調(diào)速性能。該控制系統(tǒng)節(jié)電效果良好，提高了電網(wǎng)容量資源利用率。同時，三電平中壓變頻器拖動系統(tǒng)，采用三電平結(jié)構(gòu)，輸入諧波含量低。低頻系統(tǒng)作為備用，系統(tǒng)穩(wěn)定性強，效果良好。

相比之前使用兩象限變頻器的斜井提升方案，英威騰此次提供的高壓矢量四象限變頻拖動+中壓變頻低頻備用拖動方案具有明顯的優(yōu)勢。

（1）相比普通的兩象限變頻器更節(jié)能

英威騰Goodrive5000四象限變頻器采用了IGBT模塊作為整流裝置，實現(xiàn)了能量的雙向流通，在不需要外加任何裝置的情況下，可以把再生能量回饋到電網(wǎng)，達到節(jié)能運行效果。

（2）減少電網(wǎng)側(cè)諧波電流，滿載時功率因數(shù)接近1

普通變頻器由于采用二極管整流方式，會產(chǎn)生比重很大的諧波成分，對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴重的污染，干擾其它設備的正常工作，甚至會引起其它設備的損壞，而Goodrive5000系列高壓四象限矢量變頻器采用IGBT模塊作為整流裝置，用高速度、高運算能力的DSP產(chǎn)生PWM控制脈沖，可以調(diào)整功率因數(shù)，消除對電網(wǎng)的諧波污染，讓變頻器真正成為“綠色產(chǎn)品”。

（3）采用三電平結(jié)構(gòu)，輸入諧波含量低，系統(tǒng)穩(wěn)定性強

Goodrive3000系列中壓三電平變頻器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，與兩電平相比，用同樣電壓等級，器件可以實現(xiàn)2倍的電壓輸出，輸出du/dt減小一半，相電壓輸出電平數(shù)增加，輸出諧波減小，避免用戶引功率因數(shù)以及諧波含量超標造成的罰款；可降低電機的共模電壓和對電網(wǎng)的共模干擾；同時傳輸能力強，無需考慮負載電機位置，減少用戶工程成本。

3　項目分析

本次天臺山隧道工程中采用的英威騰四象限高壓變頻拖動+中壓變頻低頻備用拖動的方案，既滿足了對提升系統(tǒng)的運行效率以及能量管理的合理處理，又滿足了提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求，據(jù)現(xiàn)場反饋估算，初步運行節(jié)能效果約在15%~20%。

同時，傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)速過程中消耗大量的轉(zhuǎn)差功率、速度越低消耗的轉(zhuǎn)差功率越大的問題，使用英威騰四象限變頻調(diào)速方案后，可以完全避免，是一種不耗能的高效的調(diào)速方式，節(jié)能十分顯著，取得了很好的經(jīng)濟效益。另外，該提升機采用英威騰高壓-中壓低頻拖動雙系統(tǒng)后，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性得到大大的提高，減少了運行故障和停工工時，節(jié)省了人力和物力，提高了物資使用效率。

摘自《自動化博覽》2018年1月刊