高壓變頻技術(shù)在主斜井膠帶機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊茂符，石際云，郭新玲（龍礦集團(tuán)望田煤業(yè) 龍礦集團(tuán)機(jī)電維修中心，山東 龍口 265700）

高壓變頻技術(shù)在主斜井膠帶機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊茂符，石際云，郭新玲
（龍礦集團(tuán)望田煤業(yè) 龍礦集團(tuán)機(jī)電維修中心，山東 龍口 265700）

結(jié)合望田煤業(yè)對(duì)主斜井膠帶輸送機(jī)及電控系統(tǒng)改造工程實(shí)例，探討了高壓變頻技術(shù)在電控系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)踐證明，改造后，不僅大幅提升了主斜井膠帶輸送機(jī)安全運(yùn)行的能力，而且有效提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

主膠帶機(jī)；高壓變頻器；技術(shù)應(yīng)用

龍礦集團(tuán)望田煤業(yè)主斜井膠帶輸送機(jī)原型號(hào)為DTL800/32/2×250，拖動(dòng)電機(jī)為交流電動(dòng)機(jī)，電壓等級(jí)為380V。隨著礦井技改工程的需要，已不適應(yīng)礦井生產(chǎn)需要。于是2013年望田煤業(yè)對(duì)主斜井膠帶輸送機(jī)進(jìn)行了升級(jí)改造，更換膠帶輸送機(jī)和電控系統(tǒng)，采用高壓變頻技術(shù)，其技術(shù)和性能勝過其它任何一種調(diào)速方式，以此提高主斜井膠帶輸送機(jī)的提升能力。

1　膠帶輸送機(jī)性能指標(biāo)

膠帶輸送機(jī)型號(hào)：DTL100/65/2×400；運(yùn)輸能力：Q=650t/h；膠帶速度：V=3.15m/s；輸送機(jī)機(jī)長(zhǎng)：L=627m；輸送機(jī)傾角：α =20.5°；電動(dòng)機(jī)型號(hào): YBK2-315M-4 功率N=400kW；雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電壓等級(jí)：10kV；減速機(jī)型號(hào)：SEW型減速機(jī)。

2　變頻調(diào)速的基本工作原理

依據(jù)電機(jī)學(xué)基本原理，電機(jī)轉(zhuǎn)速滿足的關(guān)系式如下：

式中：p——電機(jī)極對(duì)數(shù)；

f——定子供電電源的頻率；

s——轉(zhuǎn)差率。

從上式中可以看出，調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率f，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。

3　高壓變頻器控制功能

高壓變頻器是采用多臺(tái)變頻器串聯(lián)疊加方式，可輸出可變頻變壓的高壓交流電。

變頻器本身由變壓器柜、功率單元以及控制柜組成。變頻器柜內(nèi)有隔離變壓器和冷卻風(fēng)機(jī)，隔離變壓器副邊多繞組輸出，為功率單元提供獨(dú)立的移相電源；功率單元/控制柜內(nèi)有功率單元、控制器、接口板、監(jiān)視器等，高壓開關(guān)柜的三相高壓，經(jīng)降壓、移相給功率單元供電。功率裝置分為三組，一組作為一個(gè)階段，每個(gè)階段的功率單元輸出收尾相串聯(lián)。通過光纖功率控制器在控制單元的每個(gè)功率單元柜整流器和逆變器控制和檢測(cè)。所以根據(jù)實(shí)際需要為給定的頻率，通過用戶界面及負(fù)載的需求的控制單元，控制信息發(fā)送到相應(yīng)的整流器和逆變控制、調(diào)整功率單元、輸出電壓等級(jí)。

望田煤業(yè)主斜井膠帶輸送機(jī)采用10kV電壓等級(jí)的HIVERT型高壓變頻器，該變頻器采用交—直—交方式，IGBT為主電路開關(guān)組件。每個(gè)階段由9個(gè)額定電壓690V電源設(shè)備系列串聯(lián)組成，輸出相電壓峰值5760V，線電壓10000V左右。改變每個(gè)階段的單位功率或輸出電壓等級(jí)，就可實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)的高壓輸出。雙機(jī)聯(lián)動(dòng)（主從控制）同步變頻系統(tǒng)是一個(gè)完全獨(dú)立操作兩個(gè)逆變器，主從機(jī)同步通信方法，確保兩個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和功率平衡。兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)在任何一個(gè)可以作為主機(jī)，主從機(jī)之間的同步控制是“嵌入式”同步控制器。同步控制光纖通信的傳輸介質(zhì)；雙機(jī)通信方法沒有額外的繁雜同步設(shè)備，變頻器內(nèi)置的已經(jīng)完成，只需要簡(jiǎn)單的安裝操作，設(shè)置雙（多）機(jī)可以實(shí)現(xiàn)同步操作。

主、從電機(jī)在運(yùn)行的過程中，該系統(tǒng)將造成工況對(duì)功率的不對(duì)稱分布，電動(dòng)機(jī)的輸出嚴(yán)重超過電動(dòng)機(jī)的額定功率，而有一臺(tái)電機(jī)則又過度輕載。主從電動(dòng)機(jī)異步操作很容易導(dǎo)致運(yùn)行過程中設(shè)備損壞，從而導(dǎo)致停機(jī)事故時(shí)有發(fā)生。為了避免功率分配的不對(duì)稱，高壓變頻器內(nèi)置高速同步通信，可以異步狀態(tài)輸出功率更大的電動(dòng)機(jī)過載能力及時(shí)平衡給輕載電動(dòng)機(jī)，實(shí)時(shí)維護(hù)之前和之后的主，從電機(jī)功率平衡對(duì)稱分布，自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)主、從轉(zhuǎn)換器的同步操作來實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)同步運(yùn)行的目的。

4　工頻與變頻優(yōu)缺點(diǎn)比較

（1）工頻起動(dòng)電流大，啟動(dòng)時(shí)間很長(zhǎng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣有更大的威脅，嚴(yán)重時(shí)甚至燒壞電機(jī)；（2）高壓電動(dòng)機(jī)在工頻啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)對(duì)帶式輸送機(jī)產(chǎn)生了較大的應(yīng)力，嚴(yán)重影響到電機(jī)、皮帶機(jī)和機(jī)械部件的使用壽命；（3）變頻操作方式下，甚至在輸入功率大于額定容量可變頻率的情況下也能滿足，并且可以保護(hù)其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備諧波干擾，同時(shí)與其他控制裝置可以防止串?dāng)_；（4）無功沖擊較小，功率因數(shù)較高；沒有諧波引起的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可延長(zhǎng)電機(jī)和機(jī)械設(shè)備的使用壽命；（5）變頻器本身可提供正弦波輸出，只有少數(shù)電壓波形畸變，電機(jī)噪音非常小，需要外部輸出濾波器，電動(dòng)機(jī)不降額使用，能較好的消除有害諧波變頻器電動(dòng)機(jī)引起的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，降低機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行應(yīng)力。

5　高壓變頻器運(yùn)行效果

5.1輸送機(jī)運(yùn)行安全性能得到了改進(jìn)

（1）電機(jī)起動(dòng)電流在額定電流之內(nèi)，由于啟動(dòng)電流不太大，于是不會(huì)對(duì)電機(jī)和機(jī)械造成影響。

（2）電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速降低，降低了機(jī)械磨損，減少了輸送機(jī)的機(jī)械振動(dòng)。

（3）真正實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)膠帶輸送機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)。

（4）實(shí)現(xiàn)了雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)功率平衡工作。

（5）實(shí)現(xiàn)了主斜井膠帶輸送機(jī)自動(dòng)、手動(dòng)、檢修、緊急控制等各種運(yùn)行方式的控制要求，方便檢修；同時(shí)可以根據(jù)上煤量自動(dòng)選取最大的運(yùn)行速度，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，節(jié)電效果明顯。

（6）實(shí)現(xiàn)跑偏、斷帶、逆轉(zhuǎn)、打滑、超速保護(hù)；電機(jī)與電器的過載、短路和超溫保護(hù)；過速保護(hù)、過電流保護(hù)、欠電壓保護(hù)、局部過載保護(hù)張緊車到達(dá)終點(diǎn)保護(hù)及提供制動(dòng)閘控制等保護(hù)。

5.2自動(dòng)化程度提高，維護(hù)簡(jiǎn)單

（1）該系統(tǒng)可分為主站和分站控制，主站和分站通過模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)通訊，組成集中控制系統(tǒng)并與上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)全礦井監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

（2）變頻電控系統(tǒng)改造后，設(shè)備可靠性能有了實(shí)質(zhì)性的提高，井下停車故障率大大降低，不僅方便維護(hù)與保養(yǎng)，而且提高了生產(chǎn)效率。

6　結(jié)語

礦井主斜井膠帶輸送機(jī)作為礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的咽喉，在礦井安全生產(chǎn)中占有舉足輕重的位置，同時(shí)耗電量在礦井生產(chǎn)電耗中占有不小的比例，高壓變頻技術(shù)在望田煤業(yè)主斜井膠帶輸送機(jī)的使用，實(shí)現(xiàn)了主斜井膠帶輸送機(jī)的“安全、可靠、經(jīng)濟(jì)”運(yùn)行，既降低了事故率，減少各種配件的投入，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，每年節(jié)約費(fèi)用約20萬元。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.187

楊茂符（1972-），男，大學(xué)，工程師，畢業(yè)于山東科技大學(xué)，現(xiàn)任山東能源龍礦集團(tuán)望田煤業(yè)任副總工。