高壓智能變頻技術(shù)在綜采刮板輸送機(jī)的應(yīng)用分析

陜西涌鑫礦業(yè)有限責(zé)任公司 陜西 榆林 719400

現(xiàn)階段,我國煤礦井下綜采工作面刮板輸送機(jī)廣泛使用雙速電機(jī)驅(qū)動模式,即采用兩種不同轉(zhuǎn)速的雙繞組電機(jī)進(jìn)行起動控制,低速繞組轉(zhuǎn)速一般為高速繞組的1/2,功率也為高速繞組的1/2。運(yùn)行時(shí),首先起動低速繞組,待運(yùn)行穩(wěn)定后再切換至高速繞組運(yùn)行。但由于低速起動時(shí)功率只有正常運(yùn)行時(shí)的一半,因此在出現(xiàn)工作面堆煤壓鏈時(shí),起動過程比較困難,需要人工進(jìn)行清理后方可起動。這也是雙速電機(jī)存在的弊端之一。同時(shí),綜采工作面刮板運(yùn)輸機(jī)采用大功率電機(jī),傳統(tǒng)運(yùn)行方式下電機(jī)啟動存在較多問題:一是啟動電流大,對電網(wǎng)沖擊大,尤其是發(fā)生卡鏈或重載啟動時(shí),容易發(fā)生保護(hù)跳閘;二是啟動瞬間對刮板、鏈輪沖擊大,重載時(shí)容易發(fā)生斷鏈?zhǔn)鹿?啟動困難;三是啟動過程無法做到功率平衡,對設(shè)備損耗、材料消耗大。因此,針對綜采現(xiàn)場存在問題,我礦提出在綜采工作面刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)引進(jìn)使用高壓變頻技術(shù),保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

1 問題現(xiàn)狀

我礦綜采工作面刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)原使用高低速電機(jī)運(yùn)行,因原煤運(yùn)輸系統(tǒng)無緩沖煤倉,導(dǎo)致頻繁高低速啟動造成各鏈輪及刮板鏈磨損嚴(yán)重,斷鏈次數(shù)增多后且堆煤壓鏈后啟動過程比較困難,經(jīng)常需要人工清煤。為解決此問題,我礦于2018年9月在綜采工作面初次引進(jìn)使用高壓變頻設(shè)備,應(yīng)用于125205工作面,目前該工作面已經(jīng)回采完畢,已經(jīng)完整使用一個(gè)工作面。該套設(shè)備使用狀況良好,變頻技術(shù)的引用,取得了良好效果。與傳統(tǒng)高低速系統(tǒng)相比,大大降低了斷鏈次數(shù),減少設(shè)備損耗及電氣沖擊,節(jié)能降耗效果明顯,具備啟動轉(zhuǎn)矩大、啟停平穩(wěn)、斷鏈保護(hù)、重載啟動、調(diào)速節(jié)能、功率平衡等功能。

該套變頻器為二象限12脈沖組合式變頻器,具有3個(gè)獨(dú)立的輸出回路,可同時(shí)驅(qū)動刮板運(yùn)輸機(jī)前、后機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)。箱體分為4個(gè)腔室,從右至左依次為整流腔室、逆變腔室I、逆變腔室Ⅱ、逆變腔室Ⅲ。主要由主回路、控制單元、整流單元、逆變單元、濾波單元、顯示單元和充電單元組成。變頻器屬于交—直—交電壓源型變頻器。主回路AC1700V,50Hz電源經(jīng)真空接觸器引接到整流單元轉(zhuǎn)換成直流,然后濾波單元對整流后的直流電進(jìn)行濾波,最后經(jīng)功率模塊和控制電路組成的逆變單元將直流電逆變成電壓、頻率均可調(diào)的交流電(即VVVF電源)。變頻器配備欠(過)壓保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)、缺相保護(hù)、瞬時(shí)斷電保護(hù)、接地故障保護(hù)、漏電閉鎖保護(hù)、電機(jī)過溫、功率器件過熱等保護(hù),可進(jìn)行開機(jī)自檢,具備故障自診斷功能。

2 應(yīng)用分析

以涌鑫礦業(yè)公司安山煤礦進(jìn)行案例分析,安山煤礦現(xiàn)主采煤層為52煤,目前采面布置為主采125203工作面,配采125205工作面,一采一備。125203綜采工作面使用2*700kW雙速電機(jī)驅(qū)動,125205綜采工作面使用刮板運(yùn)輸機(jī)變頻驅(qū)動,下面就兩種運(yùn)行方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對比:

2.1 設(shè)備投入 125203工作面刮板機(jī)使用2*700kW前后雙速電機(jī)驅(qū)動,采用3300V電壓供電,控制啟停采用組合開關(guān)進(jìn)行控制(如圖一);125205工作面刮板機(jī)與125203工作面配置相同,唯一區(qū)別是增加1臺高壓組合變頻器。另外,由于雙速電機(jī)驅(qū)動時(shí),每臺電機(jī)需要兩根電纜供電,而變頻驅(qū)動時(shí),每臺電機(jī)只需要一根電纜即可,具體參數(shù)如下:

對比兩個(gè)面設(shè)備配置,使用變頻驅(qū)動可節(jié)省兩根電纜,考慮設(shè)備列車距工作面200米,節(jié)省MCP3300-3*70+1*25+4*4電纜約700米;

2.2 配件投入 目前125203工作面自2018年3月份開始投運(yùn),已工作8個(gè)多月,125205工作面自2018年9月份開始投運(yùn),工作3個(gè)多月。按照控制變量法,設(shè)定控制周期為100天,自125205工作面投運(yùn)開始,兩個(gè)面配件投入對比如下:

按照物資配件價(jià)格,刮板單價(jià)約為2500元/個(gè),橫梁單價(jià)約為280元/個(gè),鏈輪單價(jià)約為280000元/個(gè),

125203工作面配件投入為:2500*1+280*398+280000*2=673940元

125205工作面配件投入為:280*125=35000元

則按照100天為計(jì),125205工作面比125203工作面配件少投入

673940-35000=638940元

2.3 設(shè)備運(yùn)行 根據(jù)現(xiàn)場情況及人員實(shí)際,刮板雙斷更換一次至少影響8小時(shí),一次至少需要10人處理,更換橫梁一次影響0.08小時(shí),一次需要2人處理,更換鏈輪一次平均影響3.5小時(shí),一次需要5人處理。

2.4 電能消耗 目前125205工作面變頻器采用恒轉(zhuǎn)矩模式,額定轉(zhuǎn)速1500r/min,假設(shè)變頻器運(yùn)行正常后一直工作在1250r/min,每天平均工作20h,負(fù)載率按照80%計(jì)算,考慮每度電0.6元,則按照100天計(jì)算刮板機(jī)運(yùn)行消耗為

855*2**80%*20*100*0.6=136.8萬元(228萬度)

125203工作面雙速電機(jī)按照工頻計(jì)算,每天同樣平均工作20h,負(fù)載率80%,每度電0.6元,則100天刮板機(jī)運(yùn)行消耗為

855*2*80%*20*100*0.6=164.16萬元(273.6萬度)

則累計(jì)節(jié)約電費(fèi)約164.16-136.8=27.36萬元(45.6萬度)

平均每月平均節(jié)約電度約15.2萬度,節(jié)約電費(fèi)約9.12萬元。

2.5 優(yōu)勢總結(jié) 綜上所述,對比兩個(gè)工作面刮板機(jī)運(yùn)行情況及能耗情況,刮板機(jī)變頻驅(qū)動較雙速電機(jī)具備以下優(yōu)勢:

1)節(jié)省電纜投資,省去兩根刮板機(jī)的動力電纜;

2)極大程度降低了刮板、橫梁、鏈輪的損耗,大大節(jié)省了材料消耗;

3)變頻器所帶的斷鏈保護(hù)、重載啟動、功率平衡功能,減少設(shè)備損耗,降低設(shè)備故障率,提高了人員工效;

4)具備重載起動的優(yōu)勢,減少啟動電流對電網(wǎng)的沖擊,節(jié)約了電能消耗,功率因數(shù)得以提高,節(jié)能效果明顯。

3 結(jié)語

根據(jù)實(shí)際使用的3300V礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓組合變頻器,相比傳統(tǒng)雙速電機(jī)的驅(qū)動模式實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)平滑啟動,解決了刮板輸送機(jī)滿載難以啟動的問題,避免了傳統(tǒng)3300V供電的刮板輸送機(jī)在直接起動電動機(jī)時(shí)產(chǎn)生的5～7倍額定電流的大電流沖擊過程,大大減小了對電網(wǎng)的強(qiáng)大沖擊;同時(shí)減少了卡鏈、斷鏈、脫齒等故障的發(fā)生幾率。此系列產(chǎn)品的高可靠性已經(jīng)在眾多客戶應(yīng)用中得到充分驗(yàn)證,并為煤礦客戶在提升井下安全、生產(chǎn)效率和節(jié)能降耗帶來幫助。