高壓變頻長距離控制技術(shù)用于主斜井多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)皮帶

宋曉宇

高壓變頻長距離控制技術(shù)用于主斜井多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)皮帶

宋曉宇

介紹了高電壓變頻長距離控制技術(shù)在大同煤礦集團(tuán)公司同忻礦多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)主斜井皮帶的應(yīng)用，論述了該技術(shù)的特點(diǎn)以及產(chǎn)生的效果。

煤礦開采；斜井運(yùn)輸；皮帶運(yùn)輸；長距離運(yùn)輸；多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)皮帶

0 引言

大同煤礦集團(tuán)公司同忻礦是年產(chǎn)1 000萬t的現(xiàn)代化礦井，原煤運(yùn)輸采用連續(xù)型帶式輸送機(jī)向上輸送方式。經(jīng)計(jì)算，在輸送傾角為 5.13°～3.08°～4.4°、提升高度360 m、運(yùn)送長度4 600 m條件下，需配置帶寬1 800 mm、運(yùn)量4 800 t/h、帶速5 m，總功率不小于10 000 kW的膠帶輸送機(jī)。如此大功率膠帶輸送機(jī)國內(nèi)還沒有使用過，特別是膠帶輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式選擇牽涉到帶強(qiáng)、投資和工期等各方面的因素，決定著輸送機(jī)的布置方式。經(jīng)綜合比較，選擇了變頻軟啟動(dòng)技術(shù)，由此帶來了礦用大型膠帶輸送機(jī)如何實(shí)施遠(yuǎn)距離變頻驅(qū)動(dòng)問題，通過1 a多的應(yīng)用取得了顯著的成績(jī)，對(duì)國內(nèi)同行具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值。

1 應(yīng)用過程及內(nèi)容

該輸送機(jī)帶寬1 800 mm，運(yùn)量4 800 t/h，帶速5 m/s，阻燃鋼絲繩芯輸送帶 ST4500（帶強(qiáng)4 500 N/mm） 長4 601 m，裝機(jī)功率為3×1 800 kW+3×1 800 kW/6 kV。驅(qū)動(dòng)裝置位于輸送機(jī)頭部和中部。頭部采用功率配比為2∶1的雙滾筒三電機(jī)驅(qū)動(dòng)，中間驅(qū)動(dòng)單元采用功率配比為1∶1∶1的三滾筒三電機(jī)驅(qū)動(dòng)。中間驅(qū)動(dòng)的使用，可以降低承載膠帶的最大張力，從而可以使膠帶強(qiáng)度等級(jí)降低，膠帶成本下降。

本機(jī)采用螺栓聯(lián)接的落地鋼架作機(jī)身，裝拆、維修方便，運(yùn)行平穩(wěn)。為防止輸送帶與滾筒之間打滑，采用帶有人字形槽的包膠滾筒，以增大摩擦因數(shù)。本機(jī)采用由3節(jié)普通托輥組成的30°槽形上托輥組，下托輥組采用V型托輥組。

電氣控制系統(tǒng)采用西門子羅賓康完美無諧波系列高壓變頻裝置。西門子羅賓康完美無諧波系列高壓變頻器采用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)構(gòu)成高性能交流調(diào)速裝置，經(jīng)實(shí)踐證明可長期可靠地應(yīng)用于長距離帶式輸送機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可在輕載、重載等各種工況下可靠、有效地控制帶式輸送機(jī)柔性負(fù)載的軟啟動(dòng)/軟停車整個(gè)動(dòng)態(tài)過程，并在全過程中實(shí)現(xiàn)各膠帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的功率平衡和速度同步，還能提供可調(diào)驗(yàn)帶速度。

通過變頻軟啟動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，可降低快速啟動(dòng)/快速停車過程對(duì)機(jī)械和電氣系統(tǒng)的沖擊，避免灑料與疊帶，有效抑制膠帶輸送機(jī)動(dòng)態(tài)張力波可能對(duì)膠帶和機(jī)械設(shè)備造成的危害，延長輸送機(jī)使用壽命，增加輸送系統(tǒng)的安全性和可靠性。

變頻調(diào)速裝置采用一體化設(shè)計(jì)，集成隔離變壓器和變頻器兩部分。隔離變壓器采用可靠性極高、絕緣等級(jí)為H級(jí)、免維護(hù)設(shè)計(jì)的干式變壓器；變頻器選用羅賓康完美無諧波高壓變頻器。電機(jī)選用國產(chǎn)防爆電機(jī)。

本輸送機(jī)為固定式結(jié)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)裝置、卸載裝置、傳動(dòng)裝置、中間卸載裝置、中間驅(qū)動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置、逆止裝置、夾帶裝置、硫化平臺(tái)、機(jī)身、受料段及自動(dòng)拉緊裝置等幾大部分組成。本機(jī)安裝在主斜井井筒內(nèi)，其中驅(qū)動(dòng)裝置、卸載裝置、傳動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置、逆止裝置、夾帶裝置、硫化平臺(tái)等設(shè)備布置在地面井口房?jī)?nèi)，中間卸載裝置、中間驅(qū)動(dòng)單元設(shè)備布置在中間硐室。

2 技術(shù)特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益

2.1 變頻器在帶式輸送機(jī)的應(yīng)用

眾所周知，皮帶是一個(gè)彈性體，在靜止或運(yùn)行時(shí)皮帶內(nèi)貯藏了大量的能量，在皮帶機(jī)啟動(dòng)過程中，如果不加設(shè)軟啟動(dòng)裝置，皮帶內(nèi)貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳輸出去。過大的張力波極易引起皮帶被撕斷。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，帶式輸送機(jī)必須加設(shè)軟啟動(dòng)裝置。

2.2 解決了多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡問題

一般的長距離大運(yùn)量皮帶機(jī)都是采用液力耦合器配套多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，很難解決多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡，而使用變頻技術(shù)可以很好解決多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡問題，同時(shí)將給煤礦帶來極大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 真正實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)

運(yùn)用變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，運(yùn)用變頻器的軟啟動(dòng)功能，將電機(jī)的軟啟動(dòng)和皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)合二為一，通過電機(jī)的慢速啟動(dòng)，帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢啟動(dòng)，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機(jī)在啟動(dòng)過程中形成的張力波極小，幾乎對(duì)皮帶不造成損害。

2.4 降低皮帶帶強(qiáng)

采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，由于變頻器的啟動(dòng)時(shí)間在1 s～3 600 s內(nèi)可調(diào)，通常皮帶機(jī)啟動(dòng)時(shí)間在60 s～200 s內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定，皮帶機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間延長，大大降低了對(duì)皮帶帶強(qiáng)的要求，降低了設(shè)備初期投資。

2.5 降低設(shè)備的維護(hù)量

變頻器是一種電子器件的集成，它將機(jī)械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長，大大降低了設(shè)備維護(hù)量；同時(shí)，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)，啟動(dòng)過程中對(duì)機(jī)械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械部分的檢修量。

2.6 節(jié)能

在皮帶機(jī)上采用變頻驅(qū)動(dòng)后的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率兩個(gè)方面。

2.6.1 提高系統(tǒng)功率因數(shù)

通常情況下，煤礦用電機(jī)在設(shè)計(jì)過程中放的裕量比較大，工作時(shí)絕大部分不能滿載運(yùn)行，電機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小的工況下，也有部分時(shí)間空載運(yùn)行。由電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行特性知道，電機(jī)只有在接近滿載時(shí)才是效率最高、功率因數(shù)最佳的，輕載時(shí)這些指標(biāo)降低，造成不必要的電能損失。這是因?yàn)檩p載時(shí)定子電流有功分量很小，主要是勵(lì)磁的無功分量，因此功率因數(shù)很低。采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，在整個(gè)過程中功率因數(shù)達(dá)0.9以上，大大節(jié)省了無功功率。

2.6.2 提高系統(tǒng)效率

采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，電機(jī)與減速器之間是直接硬聯(lián)接，中間減少了液力耦合器這個(gè)環(huán)節(jié)。而液力耦合器本身的傳遞效率是不高的；并且液力耦合器主要是通過液體來傳動(dòng)，而液體的傳動(dòng)效率比直接硬聯(lián)接的傳動(dòng)效率要低許多。因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力耦合器驅(qū)動(dòng)的效率高5%～10%。另外，礦井通常離變電站距離較遠(yuǎn)，不同時(shí)段電壓波動(dòng)較大，利用變頻器的自動(dòng)穩(wěn)壓功能，也有部分節(jié)能作用。

3 結(jié)語

綜上所述，采用大運(yùn)量長距離高電壓多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)變頻技術(shù)的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不僅在技術(shù)的先進(jìn)性還是帶來的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益方面都是巨大的。隨著社會(huì)的發(fā)展，高產(chǎn)高效礦井的投入，大運(yùn)量長距離高電壓多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)變頻帶式輸送機(jī)將會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。

High-voltage Frequency-conversion Long-distance Control Technology Applied in the Multi-point Drive of the Main Incline Shaft Belt Conveyor

Song Xiaoyu

This article introduces the high-voltage frequency-conversion long-distance control technology applied in the multi-point drive of the main incline shaft belt conveyor in the Tongxin Coal Mine of the Datong Coal Mine Group.It discusses the characteristics and effects of this technology.

coal mining；incline shaft transport；belt conveyor transport；long distance transport；multi-point drive belt conveyor

TD634

B

1000-4866（2011）03-0001-02

宋曉宇，男，1972年4月畢業(yè)于太原理工大學(xué)，現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)公司機(jī)電管理處工作，工程師。

2011-07-01

2011-07-21