基于絞車(chē)變頻IGBT模塊故障頻發(fā)問(wèn)題的分析

楊建生

(大竹縣堡子礦業(yè)有限責(zé)任公司， 四川 大竹 635118)

0 引言

堡子煤礦井下第一臺(tái)隔爆型變頻絞車(chē)于2014年7月在+150水平下二采區(qū)軌道下山開(kāi)始使用。2015年3月份起，該變頻器多則一個(gè)月、少則十余天，就會(huì)出現(xiàn)IGBT模塊損壞問(wèn)題，不但花費(fèi)了數(shù)萬(wàn)元的維修費(fèi)用，而且嚴(yán)重影響了+150水平下二采區(qū)的正常生產(chǎn)。為解決+150水平下二采區(qū)提升運(yùn)輸問(wèn)題，2015年9月在絞車(chē)硐室前端安裝了一臺(tái)JTB-0.8×0.6W帶式制動(dòng)礦用提升絞車(chē)，在變頻絞車(chē)出現(xiàn)故障后，作為臨時(shí)提升運(yùn)輸使用。煤安監(jiān)技裝〔2018〕39號(hào)文件《國(guó)家煤礦安監(jiān)局關(guān)于發(fā)布禁止井工煤礦使用的設(shè)備及工藝目標(biāo)(第四批)的通知》出臺(tái)后，該絞車(chē)不但提升速度較慢，每次只能提升一個(gè)礦車(chē)，而且軌道下山安設(shè)的常閉式柔性擋車(chē)欄是與變頻絞車(chē)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行的，使用該絞車(chē)時(shí)擋車(chē)欄無(wú)法聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，只能靠人工手動(dòng)操作遠(yuǎn)控按鈕控制，極大地降低了提升運(yùn)輸?shù)陌踩訹1]。因此，必須徹底解決變頻器IGBT模塊頻繁損壞的問(wèn)題。

1 變頻器模塊故障的原因分析

1) 絞車(chē)供電電源。按照《+150水平下二采區(qū)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)》的要求，采用專(zhuān)用開(kāi)關(guān)、專(zhuān)用變壓器、專(zhuān)用線(xiàn)路進(jìn)行供電。一臺(tái)KBSG-100/6/(0.69/0.4 kV)隔爆型干式變壓器的供電能力，完全能滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)功率為75 kW的變頻絞車(chē)用電負(fù)荷需求，且硐室內(nèi)主電源電纜和控制電纜均采用的是屏蔽電纜，接地及接地值均符合規(guī)定要求。但據(jù)絞車(chē)司機(jī)反映，絞車(chē)操作臺(tái)顯示的電壓一般都在660～740 V，有時(shí)瞬間電壓甚至?xí)哌_(dá)到800 V以上。 由此可見(jiàn)，電壓過(guò)高、瞬間過(guò)電壓有可能是導(dǎo)致變頻器IGBT模塊故障的主要原因。

2) 礦井供電系統(tǒng)分析。鑒于地方電力公司供電質(zhì)量的客觀(guān)問(wèn)題，堡子礦定制了適用于自身礦井井下設(shè)備運(yùn)行需要的10.0 kV/6.5 kV兩臺(tái)主變壓器，以提高井下6 kV級(jí)供電電壓，確保井下設(shè)備能正常啟動(dòng)和運(yùn)行。根據(jù)近年來(lái)地變所運(yùn)行記錄統(tǒng)計(jì)分析，地面10 kV級(jí)電壓波動(dòng)范圍在9.0～10.5 kV，井下6 kV級(jí)電壓波動(dòng)范圍在5.85～6.83 kV。以此推算，井下低壓660 V級(jí)電壓波動(dòng)范圍約為650～750 V，與絞車(chē)司機(jī)反映操作臺(tái)上顯示的電壓吻合。查閱絞車(chē)變頻器使用說(shuō)明書(shū)，其額定運(yùn)行電壓為660 V±5%(627～693 V)，極值電壓不能超過(guò)±10%(594～726 V)，超過(guò)其極值電壓時(shí)，就有可能造成IGBT模塊損壞的危險(xiǎn)。經(jīng)查該絞車(chē)變頻器IGBT模塊長(zhǎng)期處于超過(guò)其極值上限的電壓下運(yùn)行，再加上有時(shí)高達(dá)800 V以上的瞬間過(guò)電壓，從而導(dǎo)致變頻器IGBT模塊故障頻發(fā)。

2 解決方案

從變頻器上下限極值電壓來(lái)看，其電壓波動(dòng)范圍為594～726 V，波動(dòng)幅度為132 V[2];井下低壓660 V級(jí)電壓實(shí)際波動(dòng)范圍為650～750 V，波動(dòng)幅度為100 V左右。變頻器上下限極值電壓波動(dòng)幅度大于井下低壓660 V級(jí)電源電壓波動(dòng)幅度，故只要把井下低壓660 V級(jí)波動(dòng)上限電壓降至變頻器上限極值電壓以下，絞車(chē)電源電壓波動(dòng)范圍下限也不會(huì)超過(guò)變頻器下限極值電壓范圍，變頻器就可在相對(duì)安全的電壓內(nèi)運(yùn)行。同時(shí),定制一臺(tái)適用于二采區(qū)絞車(chē)變頻器運(yùn)行電壓的變壓器，確保其電壓不超過(guò)變頻器的極值電壓范圍，換下來(lái)的變壓器依然可以在礦井其他地點(diǎn)使用。

3 實(shí)際應(yīng)用情況

2019年5月，當(dāng)一次側(cè)為7.2 kV、6.5 kV、5.8 kV，二次側(cè)為0.693 kV的隔爆型干式變壓器投入使用后，絞車(chē)電源電壓一般都在620～690 V，再更換了耐壓值1 700 V的IGBT模塊。變頻器IGBT模塊再未出現(xiàn)過(guò)因電壓過(guò)高、瞬間過(guò)電壓而損壞的問(wèn)題。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)絞車(chē)變頻及電控設(shè)備、司機(jī)操作方法、硐室環(huán)境、地方電力供電質(zhì)量、礦井供電系統(tǒng)等進(jìn)行深入分析，找準(zhǔn)了變頻器IGBT模塊損壞的主要原因和解決方法。定制了一臺(tái)適用于二采區(qū)絞車(chē)變頻器運(yùn)行電壓的特殊變壓器，更換了耐壓值更高的IGBT模塊。從根本上解決了因電壓過(guò)高、瞬間過(guò)電壓，導(dǎo)致變頻器IGBT模塊故障頻發(fā)的問(wèn)題。杜絕了臨時(shí)使用JTB-0.8×0.6W帶式制動(dòng)礦用提升絞車(chē)時(shí)的安全隱患，確保了二采區(qū)正常生產(chǎn)和提升運(yùn)輸安全，符合了國(guó)家煤礦安監(jiān)局相關(guān)規(guī)定，也為堡子礦井下以后新增或技改絞車(chē)變頻提供供電設(shè)計(jì)依據(jù)。