高壓變頻一體機在綜采工作面刮板輸送機的應(yīng)用分析

任劍軍

(山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司，山西 靈石 031300)

綜采工作面中，刮板輸送機是主要的運輸設(shè)備。隨著技術(shù)進步，其驅(qū)動方式也在不斷更新。常規(guī)刮板輸送機的驅(qū)動方式包括電機+減速器+耦合器、電機+減速器+限矩器等。刮板輸送機運行時時常發(fā)生輕載、空載，導(dǎo)致刮板輸送機機械磨損嚴重，無功損耗大[1-3]。隨著變頻技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用推廣，變頻驅(qū)動刮板輸送機在井下的應(yīng)用更加廣泛，在節(jié)能、提高生產(chǎn)效率等方面表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢，為智能化綜采工作面構(gòu)建創(chuàng)造了良好基礎(chǔ)[4-6]。文中闡述了高壓變頻一體機在刮板輸送機上的應(yīng)用效果，其不僅具有技術(shù)先進、可靠等優(yōu)勢，而且有效地解決了重載啟動時面臨的電氣沖擊及機械沖擊大等問題，在一定程度上提升了刮板輸送機的工作效率。

1 工程概況

山西某礦回采的5號煤層平均厚度3.2 m(其中夾雜1～3層泥巖、炭質(zhì)泥巖夾矸)，傾角5°，埋藏深度350～420 m.5號煤層直接頂及基本頂分別為泥巖、粉砂巖，厚度分別為2.9 m、7.8 m；直接底及基本底分別為炭質(zhì)泥巖、石灰?guī)r，厚度分別為1.2 m、5.2 m.5303綜采工作面回采5號煤層，采面斜長230 m，鋪設(shè)的刮板輸送機型號為SGZ800/1050，采用雙電機驅(qū)動方式，電機功率為1 050 kW.改造前，5號煤層綜采工作面回采時，刮板輸送機驅(qū)動采用傳統(tǒng)驅(qū)動方式，即電機+減速器+液力耦合器方式，2021年6月以后采用高壓變頻一體機+減速器驅(qū)動方式。

2 高壓變頻一體機結(jié)構(gòu)及運行原理

高壓變頻一體機結(jié)構(gòu)包括變頻器、電機，其中變頻器結(jié)構(gòu)包括主電路、顯示屏、控制電路以及驅(qū)動電路、顯示屏等。其中電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[7-8]。

圖1 高壓變頻一體機電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1) 為實現(xiàn)高壓變頻器變頻功能，主電路采用交-直-交結(jié)構(gòu)，具體如圖2所示，電路經(jīng)過接觸器、電抗器以及六脈沖整流，隨后通過電力電容實現(xiàn)濾波穩(wěn)壓操作，最后通過IGBT逆變電路實現(xiàn)直流-交流逆變，主電路可實現(xiàn)電流頻率、電壓調(diào)節(jié)。

圖2 主電路交-直-交結(jié)構(gòu)示意圖

2) 控制電路用于信息處理及控制，具體功能有以下兩個方面：①完成數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)交互時需要使用驅(qū)動單元及光纖，控制信號為IGBT能夠驅(qū)動信號；②實現(xiàn)信息顯示，將采集并處理好的信息在顯示屏上顯示，同時可接收外部下達指令，以便實現(xiàn)高壓變頻器運行控制[9]。

3) 驅(qū)動電路能夠預(yù)先處理系統(tǒng)溫度、電壓及電流信息，同時可接收IGBT觸發(fā)信號，控制內(nèi)容包括IGBT光斷時間及導(dǎo)通時間。

4) 外部循環(huán)水冷系統(tǒng)。外部循環(huán)水冷系統(tǒng)是電氣系統(tǒng)重要的組成單元，是保障電氣系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵。系統(tǒng)通過直供管路供水，供水壓力在3 MPa以內(nèi)，水溫25 ℃以內(nèi)，流量30 L/min以上，通過減壓處理后實現(xiàn)開放式直排。

5) 變頻器附屬電路包括變頻器控制、保護電路等，主要包括壓敏抑制器、直流接觸器、輸入及輸出電路等。

6) 顯示屏及指示燈。在高壓變頻器非驅(qū)動端有指示窗及顯示屏，顯示屏?xí)@示直流母線電壓、輸出功率、輸出電流頻率以及電機轉(zhuǎn)速等；當運行出現(xiàn)故障時，會在顯示屏上顯示故障信息并進行自動處理。

3 高壓變頻器現(xiàn)場應(yīng)用分析

3.1 改造方案

5303綜采工作面鋪設(shè)的SGZ800/1050刮板輸送機長度為230 m、額定運輸量1.5 kt/h、鏈速1.1 m/s.為確保刮板輸送機平穩(wěn)運行，采用單側(cè)雙驅(qū)動方式進行改造，在機頭架組件采空側(cè)安裝馬達緊鏈裝置以及減速器等。在SGZ800/1050刮板輸送機機頭及機尾側(cè)各布置1臺高壓變頻一體機，并通過聯(lián)軸器、減速器將驅(qū)動力傳遞給機頭及機尾鏈輪，在鏈輪作用下實現(xiàn)刮板鏈閉環(huán)移動，實現(xiàn)煤炭外運。驅(qū)動裝置采用的減速器為WBPL-350型，傳動比39∶1.

采用的高壓變頻一體機型號為YJVFG-400M-4T，變頻部分采用六脈沖整流，前級供電變頻器容量較高壓變頻一體機容量高1.25倍。由于刮板輸送機機頭、機尾各安裝1臺高壓變頻一體機，為實現(xiàn)功率平衡并提高運行經(jīng)濟性，通過2臺二次側(cè)分別為△接、Y接變壓器供電，采用的供電方式可減少對供電電網(wǎng)的諧波干擾，具體供電線路連接如圖3所示。若電源為高壓變頻器外的其他設(shè)備供電，應(yīng)增加安裝饋電開關(guān)、磁力啟動器等控制設(shè)備。

圖3 高壓變頻一體供電線路連接示意

為實現(xiàn)高壓變頻一體機輸出轉(zhuǎn)速控制，并實現(xiàn)電機溫度、電流及電機故障等信息監(jiān)測，需安裝操作箱對刮板輸送機進行控制。具體刮板輸送機高壓變頻器運行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括操作箱、KTC控制臺以及變頻調(diào)速一體機等。KTC操作臺與控制箱連接后，控制臺向操作箱發(fā)出開關(guān)量啟停信號即可實現(xiàn)高壓變頻一體機啟停控制；操作箱收到啟動信號后，發(fā)出啟動、轉(zhuǎn)矩以及速度信號，并通過CAN總線方式將信號傳輸給高壓變頻一體機，實現(xiàn)運行控制?？刂齐娎|為雙線通信電纜并帶屏蔽層，電纜截面積在0.5 mm2以上。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用效果

刮板輸送機運行時需要克服運輸物料、鏈條及刮板鏈的摩擦阻力，采用高壓變頻一體機驅(qū)動時，節(jié)能效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①提升電網(wǎng)功率因數(shù)，減少無功功率產(chǎn)生的熱損耗。②省去CTS、液力耦合器等中間環(huán)節(jié)驅(qū)動裝置，提升驅(qū)動系統(tǒng)動能傳遞效率；③可實現(xiàn)運行時調(diào)速節(jié)能；④重載啟動時不會產(chǎn)生機械及電氣沖擊，降低電機損耗。

2021年6月，高壓變頻一體機在SGZ800/1050刮板輸送機上應(yīng)用，該采面持續(xù)生產(chǎn)超過8個月，累積推進長度超過800 m，采面最高煤炭產(chǎn)量超過8.0 kt/d.對高壓變頻一體機應(yīng)用前后采面產(chǎn)量以及耗電量等進行對比分析，采用高壓變頻一體機后，刮板輸送機電能消耗降幅超過15%，同時在刮板輸送機運行期間設(shè)備故障率低、損耗小，生產(chǎn)效率在一定程度上有所提升。

4 結(jié) 語

刮板輸送機是綜采工作面重要組成設(shè)備，高壓變頻一體機具備性能優(yōu)越、技術(shù)先進等優(yōu)點。將先進且可靠的驅(qū)動方式應(yīng)用到刮板輸送機上，可提升采面煤炭運輸效率。將高壓變頻一體機應(yīng)用到刮板輸送機上后，可有效解決刮板輸送機重載啟動沖擊力大、啟動力矩小等問題?，F(xiàn)場應(yīng)用后，刮板輸送機運行電能消耗降低超過15%，節(jié)能效果顯著，同時高壓變頻一體機運行期間各組成部件故障發(fā)生率低、損耗小，可在一定程度提升刮板輸送機運行效率并提高采面機電設(shè)備整體穩(wěn)定性。