防爆變頻器在井下皮帶運輸機使用中出現(xiàn)的故障與處理

＊宋文禮

（潞安化工集團余吾煤業(yè)公司 山西 046000）

礦井作業(yè)空間較特殊，作業(yè)中可能會發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸風(fēng)險，威脅作業(yè)人員人身安全，破壞開采及運輸設(shè)備。井下皮帶運輸機負責(zé)采出煤礦的運輸，應(yīng)確保井下皮帶運輸機配置的變頻器具有防爆功能，提高井下作業(yè)安全性[1]。以下介紹防爆變頻器的基礎(chǔ)理論知識，探索防爆變頻器在井下皮帶運輸機中的使用，并以具體案例支持，闡述出現(xiàn)故障的解決方式，為相關(guān)煤礦安全生產(chǎn)運輸?shù)於ɑA(chǔ)。

1.關(guān)于防爆變頻器

(1)原理

現(xiàn)代防爆變頻器以數(shù)字化、矢量控制技術(shù)支持，屬于變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，在煤礦井下皮帶運輸機中應(yīng)用廣泛，可采用變頻功能開啟電機，調(diào)速的過程構(gòu)建變頻器和井下作業(yè)的聯(lián)系，明確變頻控制目標(biāo)的，提高井下機電系統(tǒng)控制效果，保障煤礦井下安全作業(yè)。

(2)變頻調(diào)速

防爆變頻器都設(shè)變頻調(diào)速裝置，可實現(xiàn)自我保護、自我診斷，確保皮帶運輸機監(jiān)控系統(tǒng)自動運行。通過了解變頻器運行過程，結(jié)合液晶顯示器顯示結(jié)果分析故障產(chǎn)生原因，及時自我診斷、報警，可迅速發(fā)現(xiàn)故障并解決。防爆變頻器自我診斷及保護過程可完整記錄并存檔，便于日后維護分析[2]。防爆變頻器還具備電壓控制及限流功能，防爆變頻器電壓輸入范圍廣，因此可通過電壓反饋、自動調(diào)節(jié)保證電壓輸出有效性。防爆變頻器自我調(diào)節(jié)電壓并不受電網(wǎng)電壓、負載影響，啟動變頻器后，電流瞬間無變化，運行穩(wěn)定后，電流及力矩也相對恒定，可避免電子元件受到破壞，避免電網(wǎng)沖擊機械。

2.防爆變頻器在井下皮帶運輸機中的使用

(1)軟啟動特性避免阻力突變

井下皮帶運輸機運轉(zhuǎn)伴隨采礦進度不同不斷移動，受交流電影響，運輸機可能出現(xiàn)驅(qū)動張力數(shù)據(jù)波動。導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動主要是黏彈性變形，井下皮帶運輸機啟動瞬間，自身阻力從靜態(tài)轉(zhuǎn)為動態(tài)，帶動設(shè)備運轉(zhuǎn)。阻力突變導(dǎo)致動張力隨之變化，故需詳細分析啟動造成的沖擊，確保啟動中井下皮帶運輸機平穩(wěn)運行。可采用防爆變頻器控制運輸機軟啟動，使系統(tǒng)啟動時間變得可控，避免軟啟動特點導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)阻力突變。

(2)變頻器速度控制電機速度差

井下皮帶運輸機運作以驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)整雙滾筒、多滾筒，以電機拖動滾筒運作，也控制滾筒系統(tǒng)運行。在此過程中應(yīng)設(shè)防爆變頻器，保護電機出現(xiàn)故障，應(yīng)確保不同系統(tǒng)電機運行速度差異不影響系統(tǒng)聯(lián)動[3]。此外需發(fā)揮變頻器變速作用，控制電機運行速度差處于合理范圍，優(yōu)化電流值，確保電機電流處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)變頻器無級調(diào)速

防爆變頻器無級調(diào)速可實現(xiàn)對井下皮帶運輸機的常規(guī)故障檢修維護，檢修中將井下皮帶運輸機運行速度降低到安全值（較?。瑫r也保障設(shè)備在空載狀態(tài)下正常運轉(zhuǎn)，之后展開技術(shù)性檢驗，及時發(fā)現(xiàn)問題。防爆變頻器的無級調(diào)速可實現(xiàn)該技術(shù)應(yīng)用過程，其檢驗技術(shù)應(yīng)用過程有效性突出。

3.防爆變頻器在井下皮帶運輸機使用中的故障

A煤礦五采區(qū)裝備3臺SSPJ-800皮帶運輸機，單臺均長1500m，采用ZJT-30防爆變頻器實現(xiàn)運輸機正常啟動、調(diào)速，各皮帶運輸機采用2臺防爆變頻器連鎖控制。

(1)故障發(fā)生

安裝調(diào)試設(shè)備運行正常，但作業(yè)一個月后，某日2臺變頻器正常停車，再開車無法啟動，外觀檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)定面板顯示“OC”，設(shè)備過電流，但復(fù)位后仍無法打開，設(shè)定面板只有“OC”，打開前蓋發(fā)現(xiàn)有濃烈焦糊味。請廠商技術(shù)人員檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)備一個IGBT中間相損壞，更換后設(shè)備可正常運行。而后不久，發(fā)現(xiàn)2號變頻器設(shè)定面板又出現(xiàn)“OC”，設(shè)備癱瘓。由廠商技術(shù)人員檢查后，此次發(fā)現(xiàn)輸入端整流橋炸裂，IGBT損害。隨后60天里，變頻器間斷異常4次，故障現(xiàn)象基本相同。

(2)故障分析及解決

變頻器多次故障，廠商技術(shù)組對故障進行全面分析，最后得出，該設(shè)備位于井下主回風(fēng)巷中，巷道濕度較大，而防爆變頻器運行散熱較多，停車后迅速冷卻。故防爆變頻器啟停過程中，空氣熱交換較多，設(shè)備內(nèi)部容易產(chǎn)生凝露，進而導(dǎo)致變頻器電路出現(xiàn)短路，出現(xiàn)放電，導(dǎo)致設(shè)備損壞。

為解決此問題，其重點在于防潮，但一般性防潮的效果并不明顯，防爆變頻器屬于特殊設(shè)備，需落實專門的防潮保護。而后技術(shù)人員設(shè)計在巷道中設(shè)置峒室，將變頻起動放置到硐室內(nèi)，起到隔離保護的作用，并在硐室內(nèi)設(shè)置多個防爆燈，確保硐室內(nèi)部干燥性。設(shè)計完成，后期該礦區(qū)正常開采，防爆變頻器再未發(fā)生故障。

4.防爆變頻器在井下皮帶運輸機使用案例

(1)故障產(chǎn)生

煤礦能源有限公司為提高礦井下開采運輸效率，特采用防爆變頻器支持控制，重視礦井下皮帶運輸機針對拖動技術(shù)的各項要求，如控制要簡潔方便、要有良好啟動轉(zhuǎn)矩、啟動性、調(diào)速性能要突出等。將防爆變頻器應(yīng)用到皮帶運輸機控制中，整體來看運輸機驅(qū)動方式為系統(tǒng)配置驅(qū)動，結(jié)合防爆固態(tài)軟啟動系統(tǒng)和液力耦合器分別兩臺，在CST驅(qū)動裝置上，設(shè)置CST兩臺、磁力啟動器兩臺和一套控制系統(tǒng)。

在防爆變頻器使用過程中，近半年時間發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)多次輔助設(shè)備防爆低壓開關(guān)故障，變頻器PLC接口燒壞，影響正常井下作業(yè)及運輸。經(jīng)查明發(fā)現(xiàn)主要是開關(guān)阻容保護導(dǎo)致過電壓，進而導(dǎo)致發(fā)生阻容爆炸，弧光短路導(dǎo)致PLC接口竄入電壓。變頻器使用過程中會產(chǎn)生諧波，其輸入端和輸出端都會產(chǎn)生高次諧波，變頻器、晶閘管供電、直流電機、無換向器、電動機等都存在非線性引起的諧波，在該案例故障中，其故障主要是輔助設(shè)備和一臺變頻器共用一個移動變電站導(dǎo)致變頻器的諧波反饋到電網(wǎng)輔助設(shè)備開關(guān)造成開關(guān)阻容。

(2)故障解決及技術(shù)優(yōu)化

為解決該故障，提出重新安裝一臺移動變電站，專門用于輔助設(shè)備的負荷，進而控制變頻器諧波對輔助設(shè)備開關(guān)的影響，原本變頻器內(nèi)部的PRC輸出端配置光電隔離珊，減少外部輸出對內(nèi)部設(shè)備的影響。經(jīng)處理后設(shè)備投入運行，變頻器至今未發(fā)生過故障，設(shè)備運行效果明顯。除此之外，為提高井下皮帶運輸機的運行效率，優(yōu)化控制以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，特提出對變頻器系統(tǒng)做以下技術(shù)優(yōu)化。

該公司在防爆變頻調(diào)速裝置上采取無速度傳感器支持，結(jié)合矢量控制方式，可實現(xiàn)對磁場定向適量的精準(zhǔn)性控制，再配合現(xiàn)場的異步電機精準(zhǔn)測速設(shè)備，可以在井下皮帶傳輸機上安裝好先進惡俗裝置，平衡系統(tǒng)的維護量。整體系統(tǒng)采用無速度傳感器矢量控制，可以由工作人員輸入電機參數(shù)，控制勵磁電流控制量，對其分析。一般勵磁功率為電機功率的3%-5%。之后通過控制電動機定子繞組電壓頻率，保證勵磁電流、轉(zhuǎn)矩電流指令值等到位，輸出正常的轉(zhuǎn)矩，最終實現(xiàn)矢量控制。在該控制過程中，無速度傳感器矢量控制可以匹配直流電機，控制變頻器調(diào)速，構(gòu)建針對皮帶傳輸機穩(wěn)定性的異步電機轉(zhuǎn)矩技術(shù)體系，可實現(xiàn)電機低頻運行額定轉(zhuǎn)矩輸出控制。

該煤礦能源有限公司使用軟啟動、軟停止優(yōu)化皮帶輸送機驅(qū)動，但是皮帶本身具有一定彈性，其負載運行中慣性突出，輸送機工作中避免不了加速度及停車減速度有一定速度差，要控制產(chǎn)生的速度差，也是對皮帶儲存能量值的控制，保證運輸機平穩(wěn)的運輸，該煤礦能源有限公司選擇以S型為支持的加速曲線調(diào)整皮帶運輸機平穩(wěn)重載啟動能力，構(gòu)建變頻調(diào)速系統(tǒng)，保障防爆變頻器在空載狀態(tài)下的額定帶速度也達5%-100%。

功率平衡上，為避免防爆變頻器發(fā)生故障，采用雙滾筒驅(qū)動裝置支持，在設(shè)備同步滾筒位置構(gòu)建同步啟停裝置，使電機故障可以合理停機，也發(fā)揮系統(tǒng)內(nèi)的同步性能，保證系統(tǒng)運輸能力滿足需求。可以調(diào)整對應(yīng)變頻器，增加或減少驅(qū)動電動機電流差異數(shù)據(jù)，也可通過變頻器系統(tǒng)構(gòu)建單獨的控制系統(tǒng)，強化對電機速度及電流值的控制，使其最大限度趨于平衡狀態(tài)，構(gòu)建動態(tài)化的功率平衡系統(tǒng)。

在該煤礦能源有限公司的煤礦井下作業(yè)中，運用4x220kW皮帶運輸機，同時配置4臺防爆變頻調(diào)速裝置，設(shè)備啟動時間為70s，最大的起動轉(zhuǎn)矩為200%的額定轉(zhuǎn)矩，設(shè)備可正常軟啟動，未出現(xiàn)上文出現(xiàn)的問題，且系統(tǒng)的年節(jié)電量達到60萬度電。相關(guān)技術(shù)人員考慮到皮帶運輸機屬于直起動設(shè)備，在其投入使用之前運輸機系統(tǒng)、驅(qū)動電機故障提前分析，避免使用過程中產(chǎn)生諸多故障，大大降低了后期維護費用，降低了故障停機時間，為開采作業(yè)帶來莫大便利，也提高了煤礦能源有限公司的整體經(jīng)濟效益。

5.結(jié)束語

綜上所述，防爆變頻器以及自身穩(wěn)定性和平衡性受到工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)青睞。在煤礦開采行業(yè)，伴隨皮帶運輸機的廣泛應(yīng)用，如何更合理的使用防爆變頻器，提高皮帶運輸機運行綜合效果成為煤礦開采部門需注意的主要問題之一，要注意防爆變頻器在實際使用中可能出現(xiàn)的故障問題，了解故障原因，保證可在最短時間內(nèi)解決問題。尤其要注意以技術(shù)優(yōu)化的方式，提高防爆變頻器運行整體效率，著眼于煤礦開采行業(yè)的長久發(fā)展，為煤礦輸送工作的高效性做深入研究。