膠帶輸送機供電可靠性和節(jié)電變頻技術的改進

曹 平

（同煤集團塔山煤礦，山西 大同 037000）

引言

帶式輸送機是煤礦運輸?shù)闹饕O備，具有運輸量大、運輸成本低等諸多優(yōu)勢。塔山煤礦自引入DTL140 膠帶輸送機以來，膠帶運輸承擔著塔山煤礦的煤炭運輸任務，其運轉的可靠性直接影響正常生產(chǎn)。在實際應用過程中不斷改進和創(chuàng)新，最典型的改進是供電可靠性技術改進和節(jié)電變頻技術改進，通過兩項改進進一步提高了DTL140 膠帶輸送機的運輸可靠性，實現(xiàn)了節(jié)能降本。

1 塔山煤礦概況

塔山煤礦礦井設計年產(chǎn)原煤1 500 萬t，原煤平均容量在1.46 t/m3，平均煤厚15.18 m，屬于緩傾斜煤層，塔山煤礦1070 西翼皮帶巷根據(jù)生產(chǎn)銜接需求，鑒于膠帶機生產(chǎn)周期，臨時布置一部帶寬1 400 mm 伸縮膠帶機用于原煤生產(chǎn)運輸。該部膠帶機總體規(guī)劃：機長3 200 m，頭部安裝4 臺驅動，布置方式為1∶1∶1∶1，中部安裝2 臺驅動計劃，布置方式1∶1；該部膠帶機機長949.428 m，頭部安裝四臺驅動，三用一備，布置在2113 巷與5113 巷之間，驅動裝置距膠帶機頭205 m，儲帶倉安裝5 倉，最大儲帶70 m，無甩帶裝置。設計帶速V=4.5 m/s，運輸能力Q≤3 500 t/h。

2 供電可靠性技術改進

2.1 問題的提出

塔山煤礦應用皮帶輸送機前期，采用的組合開關啟動模式多次出現(xiàn)供電故障，導致整個皮帶運輸系統(tǒng)都將處于癱瘓狀態(tài)。為確保一臺組合開關發(fā)生故障時，另一臺組合開關能夠立即投入運行，塔山煤礦工程技術人員設計了皮帶機雙回路供電系統(tǒng)，并成功投入使用，其原理圖如圖1 所示[1-2]。

圖1 皮帶機雙回路供電系統(tǒng)原理圖

該供電系統(tǒng)的優(yōu)點是組合開關一用一備，出現(xiàn)供電故障后不需進行搶修，即可直接切換至另外一回路進行供電，從而縮短因供電故障影響作業(yè)時間。但該系統(tǒng)存在缺點是在使用過程中，如果操作人員誤操作，在一回路沒有完全停電的情況下，對二回路進行供電，極易造成控制變壓器燒毀、電機因相間短路而燒毀等事故。

2.2 改進方案

針對以上情況，塔山煤礦工程技術人員通過加設四個繼電器實現(xiàn)對雙回路供電的安全性和可靠性的改進，改進為皮帶機雙回路互閉鎖啟動裝置，其工作原理如下圖2 所示[2-3]。

圖2 皮帶機雙回路互閉鎖啟動裝置工作原理

圖中：J1～J4 為繼電器，其中繼電器J1、J2 為常開，送電后閉合；J3、J4 常閉送電后斷開。一回路開關送電過程：一回路送電控制變壓器輸出36 V，繼電器吸合，J1、J2 閉合，J3、J4 斷開，設備具備啟動條件，皮帶司機按下啟動按鈕，一回路啟動。此時，二回路控制線處于斷開狀態(tài)，即使二回路開關送電，電路仍處于斷路狀態(tài)，不會給皮帶系統(tǒng)進行供電。二回路開關送電過程的原理與一回路開關相同，皮帶相同不供電，不會導致控制變壓器燒毀、電機因相間短路而燒毀等事故。

2.3 改進效果

該改進方法應用后兩條回路不會同時供電，不會導致人為誤操作而引發(fā)的控制變壓器燒毀、電機因相間短路而燒毀等事故。繼電器開關接線方式簡單，具有成本低、體積小、安全性高，常開常閉性能可靠，雙回路互閉鎖啟動裝置是通過繼電器的工作來實現(xiàn)的，可以解決兩回路同時供電不可靠的弊端。

雙回路互閉鎖啟動裝置避免了因工作人員失誤操作，給兩個回路同時送電，減少了停機時間，有效保護了電氣元件，進一步提高了皮帶運轉效率。

3 節(jié)電變頻技術改進

3.1 問題的提出

塔山煤礦采用的DTL140 膠帶輸送機，隨著應用不斷深入，發(fā)現(xiàn)皮帶機存在諸多問題，主要體現(xiàn)在以下方面：輸送機膠帶易出現(xiàn)撕裂、斷帶情況。煤炭運輸過程中，由于上料不均勻導致皮帶受力不均，加上皮帶在超負荷運轉情況下，皮帶短時間內承受巨大的張力，若輸送帶的抗拉強度達不到要求，會導致輸送帶撕裂額或者斷裂現(xiàn)象發(fā)生；皮帶啟動電流過高。DTL140 膠帶輸送機改造之前，啟動時產(chǎn)生的啟動電流是額定電流的6 倍，常常導致電機線圈的燒損。

3.2 改進方案

3.2.1 膠帶輸送機變頻控制系統(tǒng)改進方案

膠帶輸送機變頻控制系統(tǒng)改進在保留原有控制系統(tǒng)的前提下，對控制系統(tǒng)的接觸線圈控制回路進行全面優(yōu)化，優(yōu)化改進后的工作回路如圖3 所示[4-5]。

圖3 膠帶輸送機工作回路示意圖

在皮帶機的機頭控制箱內安裝4 個繼電器，分別控制皮帶機堆煤保護、跑偏保護、急停保護、停止4 項功能，在控制臺上安裝相對應的轉換開關、按鈕、指示燈。堆煤保護繼電器（1 號繼電器）線圈與1號指示燈連接，處于常開狀態(tài)；皮帶出現(xiàn)堆煤后常開點轉為閉合狀態(tài)，1 號繼電器與1 號指示燈通電，指示燈亮起。堆煤保護、跑偏保護、急停保護功能的設計和堆煤保護相同，通過控制臺上信號指示燈明確判斷停機原因。

配置2 臺計算機，在計算機中安裝組態(tài)軟件，其中1 臺正常使用，另1 臺做為備用。在主機和從機上，均安裝有工業(yè)用組態(tài)軟件,具畫面均模擬井下各皮帶設備,可以在組態(tài)畫面中點擊皮帶電機的啟動按鈕控制皮帶的起停，并在信息欄中顯示井下各皮帶工作狀態(tài)，電機功率(電流)皮帶機速度，畫面中還模擬有各種保護的形狀，通過組態(tài)程序對井下各保護進行監(jiān)控，一旦有保護報警，組態(tài)畫面中能顯示出報警狀態(tài)，同時程序中還設置有歷史信息存儲界面,可以查閱歷史電流、功率、故障等信息。

3.2.2 膠帶輸送機節(jié)電變頻改進方案

1）啟動方式優(yōu)化。經(jīng)過反復試驗，對皮帶輸送機的啟動方式進行優(yōu)化，采用ATS48 軟啟動器。該啟動器能夠有效控制啟動條件，保障皮帶運行工效率。在帶式輸送機啟動時，該啟動器能夠有效延緩啟動，啟動電流穩(wěn)步上升到設定值，有效避免電流過大對電機設備的沖擊；重載啟動或停機時，軟啟動器能夠有效釋放輸送帶的運轉張力，避免撕裂、斷帶情況的發(fā)生[6]。

2）變頻優(yōu)化方案。塔山煤礦采用北京華?；鶚I(yè)機械設備有限公司生產(chǎn)的變頻調速一體式電動機，該變頻一體驅動電機是一種普通的集成了變頻器的三相異步電機，能實現(xiàn)電機運轉速度的可調可變，不同的加速時間，不同的電機轉向和多臺電機之間的轉矩控制，電機參數(shù)如表1 所示[7-8]。

表1 變頻調速一體式電動機參數(shù)

3.3 改進效果

變頻一體電機的應用有效解決了輸送機膠帶易出現(xiàn)撕裂、斷帶以及皮帶啟動電流過高問題。并且具備以下優(yōu)點：有效延長皮帶機使用壽命，加速時電流低有效降低用電單耗實現(xiàn)節(jié)能，驅動器機構簡單、處理安裝方便并且能夠顯示皮帶機運輸過程中的相關信息。

4 結論

通過供電可靠性改造，通過加裝繼電器方式，在低投入的基礎上實現(xiàn)實現(xiàn)皮帶運轉供電可靠性能，有效避免了人為誤操作而引發(fā)的控制變壓器燒毀難題；通過膠帶輸送機節(jié)電變頻改進，可靠地解決了輸送機膠帶易出現(xiàn)撕裂、斷帶問題以及皮帶啟動電流過高難題。兩個技術改進的應用，極大地提高了塔山煤礦DTL140 膠帶輸送機的運行效率和安全系數(shù)，為安全高效生產(chǎn)打下了堅實基礎。