精煤輸送皮帶機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)改造

王 鵬

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同忻煤礦機(jī)電科山西大同037000）

0 引言

同忻煤礦裝車站年設(shè)計(jì)外運(yùn)能力為1 000 萬t/a，精煤輸送皮帶長(zhǎng)508 m，帶速4 m/s，最大能力6 000 t/h，屬裝車關(guān)鍵設(shè)備，是整個(gè)同忻煤礦洗選精煤外運(yùn)的大動(dòng)脈，其運(yùn)行狀況的優(yōu)良與否直接關(guān)系到精煤能否及時(shí)裝車，決定礦井的整體生產(chǎn)效率。由于精煤皮帶變頻原有設(shè)計(jì)缺陷，出現(xiàn)了集控室無法及時(shí)快速停止皮帶的情況，嚴(yán)重制約著該礦生產(chǎn)外運(yùn)任務(wù)的順利完成。為保證快速、連續(xù)裝車，基于MegaVert 中壓變頻器，依托其SPWM控制技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有的精煤輸送皮帶急?？刂萍膀?qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造[1-8]。

1 精煤輸送系統(tǒng)概況

同忻礦裝車站精煤輸送皮帶參數(shù)：皮帶長(zhǎng)度508 m、帶寬2 000 mm、皮帶速度4.0 m/s、運(yùn)量5 000 t/h、坡度最大6.8°。電機(jī)參數(shù)：電機(jī)型號(hào)Y2-450-4，額定功率500 kW，額定電壓10 000 V，額定電流35.8A，轉(zhuǎn)速1 490 r/min，裝備數(shù)量3臺(tái)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，為滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，對(duì)精煤輸送皮帶進(jìn)行了控制系統(tǒng)改造和變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)改造等兩項(xiàng)技術(shù)改造。

2 控制系統(tǒng)硬件

（1）變頻器采用 Emerson 公司的MegaVert 中壓變頻器，具體設(shè)備見圖1。該設(shè)備采用SPWM控制技術(shù)，直接輸出0 kV～6/10 kV電壓，不需要任何輸出升壓裝置，可以直接驅(qū)動(dòng)普通電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)中壓電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制，變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 MegaVert中壓變頻驅(qū)動(dòng)器

圖2 MegaVert中壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

（2）驅(qū)動(dòng)站驅(qū)動(dòng)電機(jī)由南陽(yáng)防爆公司生產(chǎn)制造，電機(jī)型號(hào)：YVF-500-4，額定電壓：10 000 V，額定電流：45.0 A，額定功率：630 kW，該型電機(jī)體型小，占地面積低，但裝機(jī)容量增大，性能可靠，采用兩趟獨(dú)立冷卻風(fēng)路（外冷卻風(fēng)路和內(nèi)冷卻風(fēng)路），形成雙回路結(jié)構(gòu)，保證電機(jī)溫度均勻分布，既實(shí)現(xiàn)電機(jī)更高的功率密度，同時(shí)有效提高電機(jī)散熱效率。

3 革新方案

（1）精煤輸送皮帶急停改造

精煤輸送皮帶變頻控制系統(tǒng)改造后，由于與原裝車系統(tǒng)通訊只有一個(gè)啟停信號(hào)，兼容性不夠，曾發(fā)生變頻器停止運(yùn)行，無法停止皮帶運(yùn)行的情況，嚴(yán)重威脅精煤皮帶的安全運(yùn)行。為此對(duì)變頻控制系統(tǒng)進(jìn)行急停方式技術(shù)改造，用于緊急情況下停止皮帶運(yùn)行。改造方案如下：

（a）驅(qū)動(dòng)站配電室內(nèi)安裝一個(gè)急停按鈕，接入精煤輸送皮帶變頻器起車指令繼電器中，下次出現(xiàn)此類故障中，值班電工可以及時(shí)停止變頻器運(yùn)行。

（b）精煤輸送皮帶巷現(xiàn)場(chǎng)拉繩開關(guān)繼電器接入變頻器起車指令繼電器中，這樣現(xiàn)場(chǎng)拉繩可以及時(shí)停止變頻器運(yùn)行。

（c）裝車塔集控室操作臺(tái)急停按鈕控制精煤皮帶遠(yuǎn)程分站一個(gè)中間繼電器常閉點(diǎn)（通過編寫一段程序?qū)崿F(xiàn)），該常閉點(diǎn)接入精煤皮帶變頻器起車指令繼電器中，這樣操作臺(tái)上的急停按鈕可以及時(shí)停止變頻器運(yùn)行。改造原理如圖3所示。

圖3 改造原理圖

通過改造，大幅提升精煤皮帶運(yùn)行的安全性，確保變頻器發(fā)生故障時(shí)，集控操作人員、值班電工能及時(shí)停止皮帶運(yùn)行，避免事故擴(kuò)大，造成更大機(jī)電設(shè)備事故。

（2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)改造

精煤輸送皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)上裝備3 kW風(fēng)扇電機(jī)，按照原有設(shè)計(jì)，精煤皮帶3 臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所帶風(fēng)扇電機(jī)和加熱器由一個(gè)斷路器控制。但實(shí)際運(yùn)行過程中，斷路器負(fù)荷大，設(shè)備故障率高，檢修維護(hù)成本大幅提高。為此，針對(duì)此情況進(jìn)行了2項(xiàng)改造。

（a）風(fēng)扇電機(jī)和加熱器分布控制改造：將三臺(tái)風(fēng)扇電機(jī)和加熱器控制開關(guān)統(tǒng)一按照在一個(gè)配電箱內(nèi)，分別由不同的斷路器控制啟停，并將總開關(guān)更換為更大容量的斷路器，大幅提升了風(fēng)扇電機(jī)和加熱器的運(yùn)行安全，改造見圖4。

圖4 配電箱改造示意圖

（b）風(fēng)扇電機(jī)和加熱器綜合保護(hù)改造：為了有效保障驅(qū)動(dòng)電機(jī)風(fēng)扇電機(jī)和加熱器的安全運(yùn)行，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在控制回路的總回路中，安裝了WDB微機(jī)監(jiān)控電機(jī)保護(hù)器，用于監(jiān)測(cè)3 臺(tái)風(fēng)扇電機(jī)運(yùn)行電壓和電流。并根據(jù)電機(jī)功率設(shè)定保護(hù)值，達(dá)到設(shè)定保護(hù)值，保護(hù)器動(dòng)作，向控制系統(tǒng)傳輸故障信號(hào)，停止皮帶運(yùn)行。為員工日常檢修和維護(hù)提供了便利，也避免了設(shè)備故障無法及時(shí)檢測(cè)到，造成事故擴(kuò)大，影響精煤皮帶的安全運(yùn)行。

圖5 加熱器綜合保護(hù)改造圖

4 結(jié)論

結(jié)合同忻煤礦裝車站精煤皮帶運(yùn)輸設(shè)備現(xiàn)狀，針對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，得到較好的預(yù)期效果：

（1）精煤皮帶急停改造后，大幅提升設(shè)備運(yùn)行安全性，作業(yè)人員能夠及時(shí)迅速發(fā)現(xiàn)緊急情況，并作出應(yīng)急反應(yīng)，設(shè)備停車時(shí)間由原來的5 s降至3 s，有效遏制皮帶輸送事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

（2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的改造，增大了大容量斷路器，提升了風(fēng)扇電機(jī)和加熱器的運(yùn)行安全性，安裝WDB 微機(jī)監(jiān)控電機(jī)保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)可視化，大幅提升精煤輸送皮帶運(yùn)行的安全性，確保精煤皮帶發(fā)生故障時(shí)，避免事故擴(kuò)大，造成更大的機(jī)電設(shè)備事故，經(jīng)濟(jì)安全效益顯著。

（3）未來煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)將是智能化、可視化、無人化，實(shí)現(xiàn)煤流系統(tǒng)工業(yè)化作業(yè)、精細(xì)化管理及高效安全性運(yùn)轉(zhuǎn)的最終目標(biāo)，此項(xiàng)技術(shù)改造值得在同類礦井推廣應(yīng)用。