非機載式采煤機變頻器的安裝使用及常見故障處理

董興洪　趙忠軍　張錦平　何祝友

摘 要：由于交流變頻電牽引采煤機具有良好的牽引特性，可用于大傾角煤層，而且結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、反應(yīng)靈敏、動態(tài)特性好、檢測和顯示系統(tǒng)完善、使用壽命長等優(yōu)點，在煤機行業(yè)得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。該文介紹變頻器安裝時的注意事項及接線的工藝要求，通過幾個典型的采煤機故障維修案例分析，對推廣使用電牽引采煤機及故障分析起到了引導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：電牽引 變頻器 非機載 故障分析

中圖分類號：TD421 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（b）-0032-02

攀煤集團(tuán)公司使用的采煤機均為上海天地公司生產(chǎn)交流電牽引采煤機。從變頻器的安裝位置可分為機載式（變頻器安裝在采煤機機身內(nèi)）和非機載式（變頻器安裝在采煤機外）兩種。非機載式采煤機由于將變頻器安設(shè)在采煤機外，通過牽引電纜和采煤機連接，減少了采煤機工作時對元件的震動，變頻器故障率大為降低，但如果變頻器安裝不正確、接線不規(guī)范，同樣會使變頻器不能正常工作，甚至造成故障影響其使用壽命。我們通過多年時間從事綜采工作面機電設(shè)備的安裝調(diào)試及故障處理工作，在工作中積累了一些現(xiàn)場實際經(jīng)驗，在此筆者談?wù)劮菣C載式采煤機變頻器的安裝、接線工藝及故障處理方面的一些體會。

1 變頻器的安裝與接線工藝要求

1.1 變頻器的安裝及環(huán)境要求

由于綜采工作面采煤推進(jìn)速度快，配電點移動頻繁，通常的做法是：將磁力起動器、牽引變壓器、變頻調(diào)試箱等設(shè)備安裝在橋式轉(zhuǎn)載機上，這樣移動橋轉(zhuǎn)時，所有的電氣設(shè)備都可以隨橋轉(zhuǎn)一起移動。不用人工移動配電點。在正常出煤時，橋轉(zhuǎn)及破碎機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動較大，容易造成變頻調(diào)速箱內(nèi)元件及接線柱松動，在安裝磁力啟動器、變頻調(diào)速箱等設(shè)備時，應(yīng)在設(shè)備下面墊4個φ60×40的橡膠圈并用螺栓與橋轉(zhuǎn)連接，減小設(shè)備工作時的振動，防止由于震動造成機內(nèi)元件松動導(dǎo)致的故障。

該變頻調(diào)速箱采用隔爆式設(shè)計，隔爆方式為ExdI，不能放置在有淋水的環(huán)境中使用。在進(jìn)行設(shè)備安裝排序時盡量將有電子類電磁干擾的設(shè)備遠(yuǎn)離變頻器，以免發(fā)生相互干擾，導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作。

1.2 接線工藝要求

在接線前一定要檢查牽引電纜及牽引電機的絕緣電阻值，其總絕緣電阻值必須大于1 MΩ以上方可使用，否則會燒壞電機或?qū)е伦冾l器故障。非機載式采煤機是通過一根牽引電纜來連接變頻器和采煤機運行的，變頻器和采煤機之間的指令傳輸通過牽引電纜的7根控制芯線來完成，變頻器在工作時，由于整流和變頻，周圍會產(chǎn)生很多的干擾電磁波。這些高頻電磁波對附近的機電設(shè)備及儀表、儀器有一定的干擾。如果處理不好，往往會使整個系統(tǒng)無法正常工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞，其次，其他機電設(shè)備工作時產(chǎn)生的一些電磁波也會對變頻器帶來干擾。所以除選用特殊的屏蔽電纜（必須選用MCPT系列電纜）外，對接線工藝要求也較高。不管是輸入端電源電纜還是輸出電纜甚至是控制芯線，都不要留太多余量，電纜不要交叉、不要盤圈，對電纜內(nèi)的金屬屏蔽層必須可靠接地（只接一端，如果采煤機側(cè)屏蔽線接地，則變頻器端不要接地，反之亦然），電纜在接線柱上一定要緊固，并采取防止松散的措施，因為牽引電機采用380 V供電，牽引電流大，容易造成接線柱發(fā)熱甚至缺相運行，嚴(yán)重時燒毀電機或者變頻器。

1.3 防止輸入端過電壓或欠壓

變頻器電源輸入端往往有過壓及欠壓保護(hù)，但是，如果輸入端電壓過高，會使變頻器內(nèi)濾波電容損壞。如果輸入電壓過低，變頻器會報欠壓故障不能正常工作。因此，在實際使用中，要核實變頻器的輸入電壓以及變頻器使用的額定電壓，一般將電壓控制在370～400 V之間為宜，否則會造成嚴(yán)重后果。

1.4 使用及維護(hù)要求

該變頻器采用水冷式結(jié)構(gòu)，在工作時必須保證有一定流量的冷卻水，以保證對機內(nèi)大電流整流器件及大功率IGBT等電子元件進(jìn)行冷卻，水壓控制在3.0 MPa以下，流量控制在25～30 L/min。由于井下環(huán)境潮濕且煤塵大，在使用時應(yīng)在變頻箱內(nèi)放置干燥劑，并定期檢查干燥劑的使用情況，在干燥劑接近飽和狀況前及時更換。對防爆面要定期涂抹凡士林，以防煤塵進(jìn)入變頻箱內(nèi)。

變頻器在使用時要避免頻繁開關(guān)機。停機后如需再次送電，必須等待10 min后方可進(jìn)行，因為間隔時間過短機內(nèi)電容器存儲的電荷未充分釋放，再次送電容易造成機內(nèi)元件過壓損壞。

當(dāng)變頻器報故障時嚴(yán)禁多次按“復(fù)位”鍵強行送電，這樣容易造成故障進(jìn)一步擴(kuò)大，帶來新的故障，必須等維修人員排除故障后方可再次送電。

2 變頻器常見故障分析與處理

該集團(tuán)公司使用的上海天地生產(chǎn)的非機械式采煤機（如：MG150/348、MG200/546，MG250/600等）均使用安川G7型變頻器，該變頻器運行穩(wěn)定、過載能力強、故障率低，通過近幾年的使用發(fā)現(xiàn)，在變頻器報故障時真正是變頻器損壞的情況并不多，變頻器報故障大部分是外圍電路故障、電纜故障或機械故障所致。下面是我們通過多次井下現(xiàn)場維修，認(rèn)真分析、整理而成的幾個維修案列。

2.1 實例1：MG200/456—QWD型采煤機

故障現(xiàn)象：采煤機無牽引，變頻器報“OC”故障。

故障分析：變頻器報“OC”故障，說明變頻器有過載現(xiàn)象，跟牽引電機、牽引減速箱、牽引電纜等有關(guān)。

故障維修：開啟采煤機后，觀察變頻器顯示屏電流變化，當(dāng)電流達(dá)到105 A時，變頻器報“OC”故障，為了區(qū)分故障部位先取下左牽引電機負(fù)荷線后試機，電流仍然達(dá)到105 A，由此可判斷左牽引部基本正常，接上左牽引電機負(fù)荷線，取下右牽引電機負(fù)荷線再進(jìn)行試機，觀察牽引電流仍然很大，據(jù)此判斷牽引電纜有短路現(xiàn)象，經(jīng)查找，在電纜槽內(nèi)有一石塊將電纜擠傷，造成主芯線短路故障，經(jīng)處理后故障排除。

2.2 實例2：MG200/456—QWD型采煤機

故障現(xiàn)象：采煤機啟動后，只要一給方向指令，顯示屏就顯示某一固定速度，加速、減速無效。

故障分析：正常情況下，采煤機給了方向指令后不會行走，只是原地待命，還得給一個速度指令才會從零開始加速，只給方向采煤機就有牽引。據(jù)此分析，該故障跟PA7—3盒、PLC、變頻調(diào)速箱內(nèi)A4板、A5板有關(guān)。

故障維修：采煤機發(fā)出的4～20 MA電流信號給變頻器，變頻器再將4～20 MA的電流信號變換成0～10 V的電壓信號送入A5板，經(jīng)A5板處理后，送入變頻器G7。如果將速度指令線XF1—1斷開，采煤機就無牽引，處在原地待命狀態(tài)，說明故障在采煤機部分，反之，則在變頻器部分，當(dāng)斷開XF1—1芯線后，采煤機無牽引，說明故障在采煤機部分。那么，怎樣確定采煤機內(nèi)是PLC故障還是PA7—3呢，我們只需測量XTF27、XTF28兩端的直流電壓就能判斷出是哪部分發(fā)生故障，當(dāng)啟動采煤機后不給加速指令XTF27、XTF28兩點電壓應(yīng)該為0 V，如果有電壓則PA7—3盒損壞。在處理該采煤機故障時，啟動采煤機后實測XTF27、XTF28兩點電壓為2.3 V，說明PA7—3盒損壞，更換后故障排除。

2.3 實例3：MG250/600—AWD型采煤機

故障現(xiàn)象：采煤機正常啟動后，按“加速”鍵，采煤機無牽引。

故障分析：該故障涉及的范圍較廣，牽引電纜、PLC、PA7—3、變頻調(diào)速箱等。這幾部分中的任何一部分損壞均可造成該故障。

故障維修：首先要大致判斷出故障的范圍究竟是在變頻調(diào)速箱，還是在采煤機或電纜部分。方法是：取下變頻調(diào)速箱內(nèi)的X2—6接線排的導(dǎo)線，采煤機正常啟動后，觀察變頻調(diào)速箱內(nèi)的“松閘指令”指示燈、“松閘確認(rèn)”指示燈，如果這兩個指示燈都點亮后，就用指針式萬用表接入X2—6、X2—7的兩端（萬用表拔到R×1、R×10均可，紅表筆接X2—7， 黑表筆接X2—6），此時，變頻器顯示屏應(yīng)有8～10 Hz的頻率顯示（不同型號的萬用表，頻率略有差異），說明變頻器調(diào)速箱正常，故障在采煤機或牽引電纜。采煤機正常啟動后按下“加速”鍵，觀察采煤機液晶顯示屏，如果顯示的牽引速度增加，則很可能是牽引電纜芯線損壞，反之，則是PA7—3或PLC損壞。我們再通過測量XTF27、XTF28兩點的電壓判斷究竟是PA7-3還是PLC故障。在處理該采煤機時按下“加速”鍵后，顯示的牽引速度在增加，但采煤機無牽引，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，牽引電纜內(nèi)控制芯線損壞。更換備用控制芯線后，故障排除。

3 解決非機載遠(yuǎn)距離傳輸?shù)母蓴_問題

目前，解決變頻器的干擾問題最好的方法就是在電源端加裝合適的電抗器。該礦使用的MG200/456非機載式變頻調(diào)速電牽引采煤機，由于主控系統(tǒng)采用PLC控制技術(shù)，易受干擾（現(xiàn)采用DSP技術(shù)），生產(chǎn)廠家將牽引電纜長度都控制在200 m以內(nèi)。該礦布置的某工作面斜長達(dá)到245 m，牽引電纜長300 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出廠家設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致新安裝的工作面無法正常投入生產(chǎn)。為了解決非機載式采煤機變頻器與采煤機之間牽引電纜過長易受干擾的這一技術(shù)難題，經(jīng)查閱變頻器方面的技術(shù)資料，分析遠(yuǎn)距離傳輸?shù)募夹g(shù)難點，找出主要的干擾源，利用設(shè)計增加抗干擾元件。通過到現(xiàn)場的數(shù)次試驗、測量，最終將這一難題攻克，不僅為該工作面的開采贏得了時間，更為解決交流變頻電牽引采煤機，牽引電纜的遠(yuǎn)距離傳輸問題提出了科學(xué)可行的解決方案。該方案在筆者所在公司的非機載采煤機上得到推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

變頻器電路，是弱電和強電的有機結(jié)合，是軟件和硬件的有機結(jié)合，也是微電子技術(shù)和電力半導(dǎo)體器件的結(jié)合應(yīng)用。隨著制造工藝的不斷提升、變頻技術(shù)的日趨成熟，控制上的智能化和靈活多變，以及它強大的功能，各種完善的檢測和保護(hù)電路，使變頻器在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在全面崇尚科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的大環(huán)境下，我們要不斷學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)，提高自身業(yè)務(wù)技能，只有掌握了變頻器的工作原理，才能應(yīng)用好、使用好、維護(hù)好變頻器。

參考文獻(xiàn)

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