乳化液泵站變頻器在綜放工作面的應(yīng)用研究

摘要：在介紹煤礦企業(yè)綜放工作面乳化液泵變頻器使用過程中出現(xiàn)的問題的基礎(chǔ)上，對其進行研究、分析，并提出解決方案，以期為以后乳化液泵變頻器的可靠使用積累寶貴的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：乳化液泵；變頻器；漏電跳閘；過流故障

中圖分類號：C93 文獻標志碼：A 文章編號：1000-8772（2013）03-0181-02

一、概述

山東新巨龍公司龍固礦井1302綜放工作面共應(yīng)用3臺BRW500/31.5型乳化液泵，該泵公稱壓力31.5兆帕，電機功率為315KW。根據(jù)作業(yè)規(guī)程要求，該泵在井下正常工作壓力不低于30兆帕，當壓力超過30兆帕后，乳化液泵卸載閥動作，將多余壓力卸載。通過在現(xiàn)場對乳化液泵的應(yīng)用監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)在卸載閥卸載前的一瞬間，電機電流明顯增大，超過200A，對電機的使用壽命造成了很大的影響，另外還造成了不必要的電能損耗。因此，龍固礦井于2012年2月份對乳化液泵應(yīng)用了三臺型號為BPJ1-500/1140（輸出功率350KW）的變頻器，驅(qū)動1302采煤面乳化液泵站，實現(xiàn)電機節(jié)能，延長電機壽命。但在變頻器的調(diào)試過程中，出現(xiàn)了如下問題：

1 變頻器在啟動或停止時上級饋電開關(guān)（廠家為泰安眾誠公司生產(chǎn)的移動變電站低壓側(cè)專用饋電開關(guān)）漏電跳閘，造成變頻器無法正常使用。

2 在乳化液泵站泄壓閥動作的一瞬間，變頻器報OC故障，即過電流故障，并自動跳閘，使乳化液泵無法正常運行。

二、原因分析

通過和變頻器廠家近半月的共同分析及研究，終于找到了發(fā)生上述問題的原因：

（一）上級饋電開關(guān)漏電跳閘原因分析

1 漏電保護開關(guān)的工作原理

漏電保護開關(guān)檢測的是輸入共模電流，也就是所說的對地漏電流，檢測漏電流的電流互感器是同時穿過了P/S/T三根相線，在沒有漏電流的情況下，不論接三相負載還是接單相負載，P/S/T三根線中流過的電流之和總是為零。當負載側(cè)有對地短路現(xiàn)象或者對地有較大電容時，輸出側(cè)的電流就會通過大地返回電網(wǎng)，此時流過電流互感器的電流之和不為零，當檢測到的電流大到一定程度就會觸發(fā)保護開關(guān)脫扣，引起饋電開關(guān)漏電跳閘。

2 對地漏電流的產(chǎn)生原因和電流通路分析

（1）變頻器應(yīng)用中為什么會產(chǎn)生較大的漏電流

普通電機的繞組和機殼之間存在著較大的分布電容，在電網(wǎng)供電的情況下，電源線上只有50Hz的工頻電壓，由于頻率很低，通過分布電容的漏電流很小。但在用變頻器驅(qū)動電機時，由于變頻器輸出的是幾kHz的高頻脈寬調(diào)制的電壓波形，輸出電壓是在0V到1650V之間快速跳變的脈動電壓，對于同樣的電機同樣的分布電容，漏電流會增大百倍以上，這是由變頻器的工作原理決定的。正是該漏電流造成了上級饋電開關(guān)漏電跳閘。

（2）變頻器工作狀態(tài)對漏電流的影響

a 載波頻率：載波頻率越高，漏電流越大，漏電流的有效值與頻率約為開方關(guān)系。

b 輸出頻率：在較高輸出頻率的情況下，漏電流與輸出頻率關(guān)系不大，但在零頻附近時（啟動或停止時），由于變頻器三相輸出的漏電流是疊加關(guān)系，漏電流的有效值會變大。

c 變頻器的發(fā)波方式：由于五段發(fā)波時，每一相的輸出電壓有1/3左右時間是沒有開關(guān)動作的，因此同樣條件下七段發(fā)波方式比五段發(fā)波方式產(chǎn)生的漏電流大；HC變頻器低頻輸出時默認采用的是七段發(fā)波方式，因此漏電流低頻比高頻大；矢量控制方式下采用的是七段發(fā)波，因此矢量控制方式的漏電流大于V/F方式。

（3）接線方式對漏電流的影響

在變頻器U/V/W輸出端加電抗器由于提高了負載的高頻阻抗，對減小漏電流也有較好的幫助。

（二）變頻器報OC故障，即過電流故障分析：

1 乳化液泵站的工作原理

乳化液泵工作過程為：正常工作時先導(dǎo)閥是開通的。泄壓閥關(guān)斷，乳化液經(jīng)過進液管進入到泵站，經(jīng)過泵站加壓，送入出液管到采面。壓力到達后，先導(dǎo)閥關(guān)斷，防止高壓液體回流，再把泄壓閥打開，把進液管和回液管接通進液回到泵箱。

如果先導(dǎo)閥和泄壓閥配合不好，即先導(dǎo)閥關(guān)斷，泄壓閥不能及時打開的話就會造成電機堵轉(zhuǎn)。而變頻器是不允許電機堵轉(zhuǎn)，因為堵轉(zhuǎn)會使電動機在極短的時間內(nèi)一個大電流，容易燒壞電動機。

2 變頻器控制分析

由于乳化液泵要求恒壓控制，變頻器采用PID控制，使壓力始終維持在30MPa，但PID控制是一個震蕩的過程，在啟動時會有一個超調(diào)，如果超調(diào)點超出卸載閥的動作點的話，就會引起泄壓閥先動作，電機就會出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)。

因此調(diào)試時都把壓力都限制在29.5MPa，其超調(diào)點在30.5MPa，但在采面用液量大的時候，難免會出現(xiàn)超調(diào)點上移的情況，即超調(diào)點會在31.5或32 MPa，會導(dǎo)致泄壓閥動作，也會出現(xiàn)過電流故障，但復(fù)位后能正常開車。

三、解決方案

1 變頻器上級饋電開關(guān)漏電跳閘解決方案

采取在饋電開關(guān)漏電檢測的對地線上并聯(lián)電容的方法

由于饋電開關(guān)的漏電檢測采用附加直流電源的檢測方法，電容對直流相當于斷路，而對交流相當于短路。這樣高頻在對地電容上產(chǎn)生的漏電流不再從漏電檢測線上通過而是從并聯(lián)上的電容通過，直流檢測到的實際漏電流值并沒有減小，對漏電檢測效果更好。

2 變頻器過流故障跳閘解決方案

采用以下兩種方法解決此問題：

（1）調(diào)大泄壓閥機械動作壓力，即把泄壓閥機械動作壓力調(diào)節(jié)至32MPa，完全由變頻器調(diào)節(jié)壓力，這樣超調(diào)點也不會到卸載閥動作點，致使卸載閥動作。

（2）調(diào)節(jié)先導(dǎo)閥和泄壓閥動作的配合問題，使在先導(dǎo)閥動作后泄壓閥能及時動作，不能延時相對長的時間再動作。

四、應(yīng)用效果分析

采取上述兩種措施以后，乳化液泵變頻器實現(xiàn)了穩(wěn)定運行，再也沒有發(fā)生過類似事故，保證了龍固礦1302綜放工作面的安全生產(chǎn)，實現(xiàn)了乳化液泵的節(jié)能運行，為以后乳化液泵變頻器的可靠使用積累了寶貴的經(jīng)驗。

（責(zé)任編輯：陳喜輝）