淺談變頻絞車在煤礦提升系統(tǒng)中的應(yīng)用及注意事項(xiàng)

摘要：提升絞車在煤礦系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著提升運(yùn)輸任務(wù)，是礦井提升煤炭、矸石、材料及運(yùn)送人員的關(guān)鍵設(shè)備。隨著變頻器不斷發(fā)展和應(yīng)用，變頻絞車也在煤礦系統(tǒng)中得到推廣應(yīng)用，變頻絞車能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)速、降低能耗、故障少、維護(hù)方便等良好效果，使煤礦絞車系統(tǒng)邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。

關(guān)鍵詞：變頻絞車；提升系統(tǒng)；變頻器；煤礦系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD633 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）12-0120-03

我礦2012年在井下+150水平安裝一套變頻絞車JTPB-1.6×1.2/20電機(jī)功率160kW為六采區(qū)主下山提升服務(wù)。絞車機(jī)械部分由重慶遠(yuǎn)和礦山機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)，絞車電控系統(tǒng)由洛陽(yáng)源創(chuàng)電氣有限公司生產(chǎn)的提升機(jī)變頻控制系統(tǒng)。電控設(shè)備由變頻控制柜、PLC控制柜、司機(jī)操作臺(tái)等組成，于2012年8月2日調(diào)試完畢進(jìn)行提升運(yùn)行，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PLC控制、變頻調(diào)速，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過卷、減速過速、急停、通訊故障、變頻器故障、測(cè)速斷線保護(hù)、制動(dòng)油壓過高、深度指示器斷軸、松繩等故障的檢測(cè)，并進(jìn)行安全制動(dòng)。

1 變頻調(diào)絞車應(yīng)用效果分析

1.1 節(jié)電效果好

據(jù)相關(guān)的調(diào)查資料顯示，新型的變頻調(diào)速器具有不同程度的能量回饋功能，能夠在提升絞車下放的過程中將機(jī)械的能量轉(zhuǎn)化為電能并順利地輸送到電網(wǎng)當(dāng)中。同時(shí)，新型的變頻調(diào)速器在運(yùn)行過程中還能夠有效消除和減少調(diào)速過程中電阻能耗所散發(fā)出的熱量。改造后的變頻絞車的節(jié)電率與改造前的變頻絞車節(jié)電率提升了20%～25%。

1.2 安全性能高

新型的變頻調(diào)速器在啟動(dòng)過程中對(duì)電流頻率的要求較小，正常情況下，都能十分順利地完成啟動(dòng)，起步的平穩(wěn)性較之前也得到了較為明顯的提高，運(yùn)行速度受負(fù)載量變化程度的影響較小，安全性能在整體上得到了提高。

1.3 維修成本低

新型的變頻調(diào)速器在運(yùn)行過程中極少出現(xiàn)故障，即使出現(xiàn)故障也都是一些較小的問題，所需的維修成本較低，從而在側(cè)面上減少了維修工作量。同時(shí)，由于新型變頻調(diào)速器的節(jié)電效果較好，從而有效地避免了因電阻發(fā)熱影響作業(yè)質(zhì)量的現(xiàn)象。

1.4 工程量小

變頻絞車機(jī)房峒室相對(duì)較小，比較簡(jiǎn)單，與老絞車相比可節(jié)省10平方米面積，土建工程量較小，費(fèi)用較少。

1.5 設(shè)備簡(jiǎn)單

變頻絞車設(shè)備相對(duì)較簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便。

2 變頻器的工作原理

交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式：

n=60f（1-s）/p （1）

式中：

n——異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

f——異步電動(dòng)機(jī)的頻率

s——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率

p——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)

由式（1）可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

通過改變電機(jī)定子供電頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速是提升絞車系統(tǒng)中變頻工作的主要原理。

2.1 正常的逆變過程

逆變過程是絞車電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過程中的重要組成部分，主要由三個(gè)方面構(gòu)成，分別為整流、濾波和正常逆變。正常逆變作為核心部分，在變頻絞車的運(yùn)行過程中具有十分重要的作用和意義。通過對(duì)電機(jī)定子的供電頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而在根本上控制電壓和輸出，具有十分重要的調(diào)速作用。

2.2 能量回饋過程

能量回饋過程作為除正常逆變過程之外也是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中重要組成部分。主要是由整流、回饋逆變和輸出濾波三大部分共同構(gòu)成了電動(dòng)機(jī)的能量回饋過程?；仞伳孀冏鳛檎麄€(gè)能量回饋過程中最為關(guān)鍵的部分，直接左右和影響著能量回饋過程輸出電壓和電網(wǎng)電壓相位的統(tǒng)計(jì)性和協(xié)調(diào)性。據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)指出，目前我國(guó)多數(shù)的礦區(qū)電業(yè)的平穩(wěn)性較差，前后波動(dòng)數(shù)值相差較大，因此變頻絞車在礦區(qū)運(yùn)行過程中，還需要在煤礦系統(tǒng)中增加一個(gè)特定的剎車部分，從而就能夠在整體上提高變頻器運(yùn)行過程中的安全性和可靠性，將事故的發(fā)生幾率控制在最小范圍

之內(nèi)。

3 變頻器的選用

煤礦絞車提升的運(yùn)行負(fù)荷比較大，具有較大慣性，負(fù)載的特點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)沖擊很大，因此要求變頻器有一定余量。同時(shí)，在重物下放時(shí)，會(huì)有能量回饋，因此要使用制動(dòng)單元或采用共用母線方式。與其他傳動(dòng)機(jī)械相比對(duì)變頻器有著更為苛刻的安全性能上的要求，它可以對(duì)所有交流電動(dòng)機(jī)的核心變量進(jìn)行控制，并把定子磁通、轉(zhuǎn)矩作為主要控制變量。高速信號(hào)處理器與先進(jìn)的電機(jī)軟件模型相結(jié)合使電機(jī)狀態(tài)更新，對(duì)負(fù)載的變化和瞬時(shí)掉電，能做出迅速響應(yīng)。我礦六采區(qū)絞車采用了洛陽(yáng)源創(chuàng)電氣有限公司開發(fā)的NX1-261A/690V變頻器，與絞車主電機(jī)（型號(hào)YBPT355S-6，功率160kW，額定電壓660V，額定電流170A，轉(zhuǎn)速990r/min，功率因數(shù)cosφ0.88）相配套，運(yùn)行過程系統(tǒng)安全可靠，保護(hù)齊全靈敏，滿足《煤礦安全規(guī)程》要求，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到規(guī)程及設(shè)計(jì)要求。

4 注意事項(xiàng)

結(jié)合我礦在設(shè)備選型、安裝調(diào)試、提升系統(tǒng)配套設(shè)施等方面，要注意的一些事項(xiàng)：

一是由于煤礦井下條件相對(duì)比較復(fù)雜，運(yùn)行過程中負(fù)載變化也比較大，對(duì)提升絞車的要求，要有一定的過載能力，提升絞車的主電機(jī)功率要適當(dāng)選擇大點(diǎn)，如JTPB1.6×1.2絞車主電機(jī)最好選功率185kW，相應(yīng)變頻器容量選擇也要相應(yīng)增大。

我礦在提升運(yùn)行中，也出現(xiàn)過3次故障，問題均顯示是變頻器故障，經(jīng)過檢查也都是在變頻柜中的三塊功率放大板出現(xiàn)問題，影響到絞車正常運(yùn)行。解決辦法是更換功率放大板，將原來NX10653/261功率放大板換成NX10653/502功率放大板，加大功率放大板過載能力和抗干擾能力。

二是變頻提升絞車對(duì)周邊的工作環(huán)境要求相對(duì)比較高，主要是要做到機(jī)房峒室干燥，機(jī)電設(shè)備周圍不能有滴水；通風(fēng)條件要好，機(jī)房峒室的通風(fēng)必須是處在新鮮風(fēng)流的進(jìn)風(fēng)側(cè)。

三是斜井井筒施工角度要控制在22°之內(nèi)，采區(qū)下山軌道要選22kg/m及以上軌道，軌道的敷設(shè)必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，減少重車提升過程中的掉渣現(xiàn)象，盡量減少提升過程重車掉道現(xiàn)象的發(fā)生，變頻絞車過載能力比較低，在處理重車掉道時(shí)相對(duì)比較薄弱，一旦重車掉道就有可能影響到生產(chǎn)和安全。

四是機(jī)房設(shè)備安裝時(shí)，進(jìn)線電纜宜有金屬套護(hù)或電纜鋼管，電纜兩端應(yīng)就近可靠接地，與機(jī)房地基接地網(wǎng)相連；絞車機(jī)械電控的基礎(chǔ)四周必須要有接地避雷帶，接地阻值要達(dá)到井下機(jī)房峒室的要求。絞車機(jī)械和電控設(shè)備的外殼必須采用50×5mm以上的鍍鋅扁鐵進(jìn)行可靠連接并接地，達(dá)到提高變頻絞車在運(yùn)行過程中對(duì)外界抗干擾能力。

5 結(jié)語

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的不斷發(fā)展和完善，對(duì)煤礦企業(yè)發(fā)展和運(yùn)行安全性和可靠性的要求也越來越高。變頻絞車憑借自身具有的高安全性、穩(wěn)定性、操作便捷、成本花費(fèi)低等優(yōu)勢(shì)，被廣泛地應(yīng)用在煤礦提升系統(tǒng)當(dāng)中，有效地減少了機(jī)械沖擊事故的發(fā)生，提高了運(yùn)行的平穩(wěn)性和安全性，消除并控制了噪音和散熱的程度，改善了人機(jī)工作的環(huán)境。在變頻絞車選型、安裝調(diào)試以及提升系統(tǒng)配套設(shè)施加以注意，變頻絞車在礦山將得到推廣應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介：鄭元漢（1964—），男，福建煤電股份有限公司高陂煤礦副礦長(zhǎng)，機(jī)電工程師。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）