高壓變頻器在煤礦綜采工作面刮板輸送機上的應用分析

摘要：文章以高壓變頻器在煤礦綜采工作面刮板輸送機上的應用為研究對象，首先對煤礦綜采工作面情況與高壓變頻器進行了簡單的介紹，隨后對煤礦綜采工作面刮板輸送機驅動方式進行了比較分析，最后探討了高壓變頻器的故障檢修維護，希望能夠為相關研究提供一定的參考。

關鍵詞：高壓變頻器;刮板輸送機;應用

前言：在煤礦綜采工作開展過程中，刮板輸送機是不可或缺的一項生產(chǎn)設備。在傳統(tǒng)驅動方式下，導致刮板輸送機很容易出現(xiàn)運行過載、效率低下等問題，對煤礦綜采整體生產(chǎn)作業(yè)開展帶來了不利影響。通過加強高壓變頻器在煤礦綜采工作面刮板輸送機中的應用，能夠有效實現(xiàn)上述問題解決，顯著提高刮板輸送機的運行效率，降低了故障發(fā)生概率，促使刮板輸送機能夠安全穩(wěn)定運行，為整體煤礦綜采工作開展提供了良好保障。

一、煤礦綜采工作面情況與高壓變頻器介紹

現(xiàn)有某煤礦綜采工作面，名為1034采區(qū)，東起83采區(qū)上山，西至1034F11正斷層煤柱線;南鄰1032工作面（尚未開采），北鄰1036工作面（尚未開采）。工作面長464m，寬176m，斜面積81664m2。工作面開采煤層為10煤層，煤層厚度2.80m，煤層傾角為18°。10煤層為賦存較穩(wěn)定的中厚煤層，宏觀煤巖類型為半亮～半暗型煤，油脂～弱玻璃光澤，粉、鱗片至碎塊狀，內生裂隙發(fā)育。10煤層為兩層，101和102煤層間距1.77～4.83m，平均3.29m。101為主采煤層，厚1.60～3.40m，平均厚2.80m。10煤層上距72煤組102.8～115.1m，平均108.6m;下距一灰距離為39.53～46.07m，平均42.70m。1034工作面煤層較穩(wěn)定，煤層厚度1.6m～3.4m，平均煤厚2.8m，屬中厚煤層。本著積極推廣新技術、新工藝、新裝備和現(xiàn)代化管理技術的原則，力求實現(xiàn)礦井的高產(chǎn)高效、優(yōu)質低耗，決定工作面采用走向長壁采煤法，綜合機械化開采工藝?；夭晒に嚵鞒倘缦拢翰擅簷C落煤裝煤→推移工作面刮板輸送機→拉移支架→煤機落煤裝煤（第二刀）。

在上述1034采區(qū)工作面中，針對刮板輸送機配置了高壓變頻器。其他工作面刮板輸送機采用了傳統(tǒng)驅動方式，即低速液力耦合驅動器與雙速電機驅動。高壓變頻器為礦用隔爆兼本質安全型高壓變頻器，產(chǎn)品型號為BPJV2-1600，適用于刮板輸送機、膠帶輸送機、乳化液泵站、轉載機等場合，不能用于絞車等四象限運行場合[1]。該高壓變頻器有著以下特點：（1）模塊化結構設計，便于檢修;（2）12脈沖整流，減少對電網(wǎng)的污染;（3）實時存儲故障和運行信息，可連續(xù)存儲3年，具備無線調閱功能;（4）采用外部水冷卻方式。主要技術參數(shù)如表1所示。

變頻器組成。從結構組成來看，如圖1所示，變頻器的外形為長方體，分為3個腔室，從右至左，依次為整流腔室、逆變腔室、出線腔室。整流腔室主要包含真空接觸器、整流模塊、預充電回路以及控制電源等;逆變腔室內置1路調制單元，每個調制單元包含高壓濾波模塊、功率模塊組成的逆變模組及逆變控制單元等元器件。低壓接線腔室位于殼體的左側上部。變頻器的主要發(fā)熱元器件直接固定在變頻器背面檢修門的兩個水冷板上，變頻器運行過程中功率器件產(chǎn)生的熱量傳到水冷板上，由冷卻水將熱量帶走。變頻器兩個腔室的后水冷板采用外部冷卻水進行冷卻。冷卻水的出水口、進水口如分別位于兩個腔室后水冷板的上、下方。根據(jù)變頻器的功率等級確定水流量，變頻器外水流量不得低于16（12、10、8）L/min。從電氣系統(tǒng)結構組成來看，該變頻器主要由主回路、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。

二、煤礦綜采工作面刮板輸送機驅動方式比較

高壓變頻驅動與低速液力耦合驅動器與雙速電機驅動進行對比，三者各有優(yōu)缺點。其中對低速液力耦合驅動器而言，優(yōu)點是本身也帶有一定的軟啟動功能，但缺點是效率低下，且消耗的能源較高。同時由于驅動零部件很多都是進口零部件，導致后續(xù)維修困難，維修成本居高不下、雙速電機驅動的優(yōu)點是能夠結合實際工況，自由進行高速與低俗的切換。該驅動方式缺點也很明顯，比如在啟動時，容易對設備造成卡片大的沖擊。驅動現(xiàn)場布置難度高，投資高，電纜故障處理較為復雜困難。除此之外，動態(tài)功率平衡較為困難，很容易出現(xiàn)過載問題，嚴重影響電機使用壽命。而變頻驅動的優(yōu)點比較明顯，軟啟動性能優(yōu)良，啟動轉矩大，能夠自由調節(jié)啟動加速時間。不僅如此，還能夠自由變頻調速，并模塊化結構設計，便于檢修[2]。缺點是對檢修人員的專業(yè)技術能力要求較高。

在1034采區(qū)工作面的刮板輸送機中，通過應用高壓變頻器，相較于其他工作面，主要能夠體現(xiàn)出以下幾點優(yōu)點：

啟動電流較小，設備在停啟時，更加穩(wěn)定，電網(wǎng)沖擊大大減小。一般在刮板輸送機初次啟動時，能夠從1A電流開始，并且還可以自由調節(jié)啟動加速的時間，從而能夠全面保障設備整個啟動過程更加平穩(wěn)順暢，減少了對刮板輸送機的沖擊。與此同時，通過應用該高壓片變頻器，借助其過載保護功能，還能夠有效避免刮板輸送機因為長時間運行，發(fā)生過載問題。因此能夠對電機進行有效地保護，更有利于電機使用壽命的延長。安裝了高壓變頻器的刮板輸送機，最大啟動電流不超出輸送機電機額定電流的1.5倍，因此不會對電網(wǎng)造成沖擊波動影響，同時電網(wǎng)本身存在較大波動時，也不會對刮板輸送機正常啟動帶來影響。

安裝了高壓變頻器的刮板輸送機，能夠實現(xiàn)重載軟啟動。在高壓變頻驅動的助力下，顯著提高了刮板輸送機的啟動轉矩，因此便于刮板輸送機實現(xiàn)重載軟啟動，整個驅動過程較為穩(wěn)定流暢，顯著降低了斷鏈事故的法線概率。從當前在1034采區(qū)工作面的刮板輸送機應用高壓變頻器情況來看，尚未發(fā)生因為啟動造成的壓溜事故問題，也沒有因為重載啟動，出現(xiàn)斷鏈事故。

（1）減輕了控制操作的難度，且由于速度調整比較靈活，對后續(xù)檢修也帶來了較大的便利。由于該高壓變頻器本身有著非常高的自動化程度，同時結合實際需求，合理進行程序參數(shù)設置，能夠有效滿足刮板輸送機各種運行方式。比如在高壓變頻器的控制下，能夠實現(xiàn)刮板輸送機正反轉運行，還能夠實現(xiàn)刮板輸送機低速以及高速的靈活運行。在刮板輸送機實際運行時，還能夠結合實際需求，靈活調整其運行速度，控制器停止位置，因此這對刮板輸送機的檢修提供了非常大的便利。除此之外，在刮板輸送機上使用高壓變頻器后，輸送機本身運行磨損也得到了顯著降低，尤其是刮板輸送機的鏈環(huán)尾部、鏈輪肩部等磨損減小。在以往維修時，需要每月截一次鏈條。在使用高壓變頻器后，時隔半年才截一次，不僅有利于降低檢修成本，整體檢修效率也得到了顯著提升。

（2）刮板輸送機故障率明顯降低。在傳統(tǒng)驅動方式下，刮板輸送機在進行重載啟動時，由于啟動鏈條需要承受較大的張緊力，從而嚴重削弱鏈條的強度，嚴重時引發(fā)鏈條斷裂故障事故現(xiàn)象。而采用高壓變頻器，上述事故現(xiàn)象發(fā)生率明顯降低。因為高壓變頻器能夠降低重載啟動帶來的沖擊，確保刮板輸送機電機能夠緩慢、平緩啟動。從而有效減輕對鏈條帶來了的沖擊影響，降低了斷鏈事故的發(fā)生。與此同時，刮板輸送機電機、鏈輪、鏈條等所有傳動部件，整個運行過程在高壓變頻器的控制下，均能夠保障功率平衡，因此能夠有效減少鏈條、刮板損壞概率，事故率明顯降低，設備使用壽命因此得以有效延長。比如通過統(tǒng)計1034采區(qū)工作面的刮板輸送機施工發(fā)生概率，在采用高壓變頻器后，沒有出現(xiàn)一次因變頻器故障而造成的停產(chǎn)事故，也沒有出現(xiàn)刮板輸送機鏈條、刮板、鏈輪等嚴重損壞事故。

三、故障維修檢修

首先是日常維護。在變頻器井下運行期間，操作人員需要對變頻器進行日常維護，具體維護要點如下：（1）做好變頻器外觀擦拭、清潔工作，保持殼體上方無積水。（2）查看變頻器運行信息列表，記錄異常信息。（3）查看變頻器的溫度顯示值。若溫度值偏高，應檢查該路供水是否正常。（4）查看變頻器的濕度顯示值。若濕度值偏高，應檢查內部干燥劑是否失效。如果干燥劑發(fā)黃失效，應及時更換。（5）在完成日常維護后，應詳細填寫《設備日常維護記錄表》。

其次是定期維護。在定期維護時，應注重做好以下要點：（1）根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，檢查接地是否良好。（2）檢查便變頻器水冷系統(tǒng)是否良好，若出現(xiàn)水道堵塞應及時清理。可通過出水口觀察流量，判斷水冷系統(tǒng)是否良好，還可以通過檢查歷史故障中是否有超溫故障或在運行過程中觀察溫度上升狀況，來判斷冷卻系統(tǒng)的正常與否。（3）檢測變頻器內部是否有結露，變頻器內部必須放置干燥劑，干燥劑放置于變頻器整流腔體以及逆變腔體內。（4）檢查變頻器殼體是否存在積水，重點檢查部位是變頻器后門上方、殼體固定螺栓處。

最后是變頻器的檢修。在實際檢修時，應落實以下要點：（1）在線漏電故障，故意原因多是系統(tǒng)對地絕緣低。在檢修時，如果發(fā)現(xiàn)變頻器在充電后（主接觸器吸合）報漏電故障，而不充電不報此故障，則需要檢查輸入電纜是否漏電。如果變頻器在主接觸器斷開情況下報漏電故障，則需要檢查變頻器、電機及輸出回路負荷電纜是否漏電[3]。（2）整流側溫度繼電器故障。該故障一般為整流側溫度超溫導致溫度繼電器分斷。在實際檢修時，需要檢查整流側水冷板供水是否正常。溫度繼電器是正常動作還是損壞，如果損壞，可以通過參數(shù)屏蔽后繼續(xù)運行。（3）整流側水冷板超溫故障。該故障多是因為整流側水冷板溫度高于保護值或溫度傳感器所導致，在實際進行故障檢修時，需要先檢查整流側溫度保護值設置是否合適;然后再檢查整流側水冷板供水是否正常。最后再檢查溫度傳感器是否損壞。

總結：總而言之，在煤礦綜采工作面之中，刮板輸送機是非常重要的設備。該設備采用傳統(tǒng)驅動方式，雖然也能夠正常進行煤礦生產(chǎn)，但受傳統(tǒng)驅動種種缺點影響，導致設備運行效率較低，運行成本居高不下。因此必須要在刮板輸送機設備中應用高壓變頻器，有效實現(xiàn)上述問題解決，從而推動煤礦開采實現(xiàn)更好發(fā)展。

參考文獻

[1]呂斌. 綜采工作面刮板輸送機高壓變頻器的改造及應用[J]. 機械管理開發(fā)， 2018， 033（011）：152-153.

[2]張濤. 高壓變頻器在煤化工企業(yè)刮板輸送機中的應用研究[J]. 中國化工貿易， 2019， 011（030）：156-157.

[3]王旭波. 高壓變頻器在煤礦綜采工作面刮板輸送機上的應用[J]. 機械管理開發(fā)， 2019，192（04）：167-168.

作者簡介：

余洋（1988.12-），男，漢族， 安徽懷遠人，助理工程師，供職于安徽省淮北礦業(yè)集團，研究方向：礦山機電