主井帶式輸送機(jī)供電諧波危害治理改造

李云飛

（山西晉煤集團(tuán)沁秀煤業(yè)有限公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

1 概述

岳城礦為晉煤集團(tuán)沁秀公司下屬生產(chǎn)礦井，位于山西省晉城市沁水縣鄭村鎮(zhèn)。2009年投產(chǎn)，生產(chǎn)能力1.5 Mt/a，現(xiàn)主采3#、15#煤層。主斜井為進(jìn)風(fēng)斜井，全長1956 m，坡度22°。主井采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，輸送皮帶全長1826 m，驅(qū)動電機(jī)為YBBP 450L1-4型隔爆型三相異步電動機(jī)，電壓1140 V，功率560 kW。

2016年對主井帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行了變頻改造，安裝了兩臺ZJT-630/1140型變頻器。然而改造后，設(shè)備頻繁出現(xiàn)阻容吸收裝置燒毀、低壓配電柜空氣開關(guān)弧光短路等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了主井皮帶的正常運(yùn)行。經(jīng)故障檢查和電網(wǎng)諧波檢測，原因?yàn)樽冾l器諧波干擾嚴(yán)重，造成電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，引發(fā)設(shè)備故障。

我國在諧波抑制方面常用以下三項(xiàng)措施：一是改變變壓器接法來抑制低次諧波注入電網(wǎng)，但對高次諧波效果不明顯；二是在變頻器上加裝平波電抗器或并聯(lián)電容來降低變頻器向電網(wǎng)中釋放的諧波分量，但電流畸變率和諧波含量高；三是在諧波源處加裝濾波裝置，即通過濾波裝置吸收諧波電流，對系統(tǒng)無功功率進(jìn)行有效補(bǔ)償和自動反饋，從源頭避免諧振危險。其中，加裝濾波裝置對系統(tǒng)整體影響最小，效果最好，已成為改善電能質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)并廣泛應(yīng)用。

此次主井帶式輸送機(jī)供電諧波危害治理改造，定制了三電平拓?fù)浼夹g(shù)變頻器和根據(jù)岳城煤礦工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計的電力濾波器，有效消除了諧波電流影響，確保了主井皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。

2 改造方案

2.1 變頻器主從控制

兩套變頻器的主從控制原理見圖1。

圖1 變頻器主從控制

圖1中，1#變頻器為主機(jī)，2#變頻器為從機(jī)。由集控系統(tǒng)通過1#變頻器控制皮帶速度，并將輸出電流大小發(fā)送至2#變頻器作為給定值；2#變頻器同時采集當(dāng)前皮帶的運(yùn)行速度，并將速度信號轉(zhuǎn)換為電信號作為實(shí)測值，通過計算給定值和實(shí)測值的偏差大小來對1#變頻器進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)整，實(shí)現(xiàn)兩機(jī)的協(xié)同控制。其外圍接口接線見圖2。

圖2 變頻器外圍接口

2.2 濾波器控制

濾波器工作原理見圖3。

圖3 濾波器工作原理

圖3中在變頻器的前后接入專用濾波器，可以有效避免諧波干擾，對電網(wǎng)無功功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，同時對電機(jī)本身的脈寬調(diào)制輸出電壓進(jìn)行改良，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電流同頻的正弦波電壓，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的安全可靠。

3 改造過程

3.1 更換變頻器

主井皮帶驅(qū)動電機(jī)原采用的ZJT-630/1140變頻器存在如下問題：一是電機(jī)容量為560 kW，變頻器容量也為560 kW，沒有冗余；二是變頻器自身產(chǎn)生諧波比較嚴(yán)重。

替換原變頻器為2臺國內(nèi)一線品牌深圳英威騰DSDD-G3000系列變頻器，電壓等級1140 V、功率630 kW，滿足了主井皮帶電機(jī)控制系統(tǒng)的要求。

3.2 加裝濾波器

除了變頻器本身減少諧波的產(chǎn)生外，選用英威騰OCL395A006512-1的濾波器治理諧波。安裝方法如下：

（1）在變頻器與電源端增加濾波器。能夠從源頭控制諧波干擾，有效抑制浪涌和峰值電流，避免電力線擾亂發(fā)生跳閘，提高實(shí)際功率因數(shù)。

（2）在輸出端增加濾波器。考慮到變頻器與電機(jī)的電纜距離可能較遠(yuǎn)（超過50 m），可在輸出端配置濾波器。作用如下：有效抑制dv/dt、過電壓、電機(jī)過熱和渦流損耗引起的電機(jī)過早損壞；顯著延長電機(jī)壽命；降低變頻器IGBT 脈沖負(fù)載以及長電機(jī)屏蔽線纜上的計生損耗；降低電機(jī)噪音；減少對附近設(shè)備的線路干擾傳播。

圖4為加輸入電抗器濾波器與未加濾波器的輸出測試對比，可以看出加入濾波器后，諧波大大的削弱。

3.3 更換配電柜

主皮帶設(shè)備都掛接在進(jìn)線柜上，不能滿足安全設(shè)計要求；另外進(jìn)線柜斷路器和相關(guān)保護(hù)裝置老化，對生產(chǎn)帶來重大安全隱患。因此對1140 V低壓柜進(jìn)行了改造。配電柜依照原配電設(shè)計，選用智能斷路器替代原有饋電開關(guān)，對電路諧波做到高效檢測與保護(hù)，有效避免諧波對配電柜內(nèi)部器件造成損壞，同時配電柜直接作為變頻器的進(jìn)線控制柜。

3.4 安裝調(diào)試

主井皮帶停產(chǎn)檢修前，工作人員將變頻器柜、低壓配電柜等設(shè)備和工具輔材運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，對設(shè)備進(jìn)行2h的上電調(diào)試。設(shè)備正常運(yùn)行之后，觀察系統(tǒng)運(yùn)行情況，對治理效果進(jìn)行監(jiān)測，做好及時有效的反饋。

4 結(jié)語

通過更換變頻器、加裝濾波器等措施，有效降低了諧波對主井帶式輸送機(jī)電網(wǎng)和控制系統(tǒng)的干擾，杜絕了阻容吸收過電壓造成的爆裂事故。按每月發(fā)生1次停車事故，每次停車事故恢復(fù)時間1h；每天8 h產(chǎn)煤量為4100 t ，每h運(yùn)煤513 t；市場煤炭450元/t計算，可挽回停車事故造成的損失277.02萬元。

圖4 增加濾波器前后效果對比