淺談變頻絞車在煤礦提升系統中的應用及注意事項

摘要：提升絞車在煤礦系統中擔負著提升運輸任務，是礦井提升煤炭、矸石、材料及運送人員的關鍵設備。隨著變頻器不斷發展和應用，變頻絞車也在煤礦系統中得到推廣應用，變頻絞車能夠實現無級調速、降低能耗、故障少、維護方便等良好效果，使煤礦絞車系統邁上了一個新的臺階。

關鍵詞：變頻絞車；提升系統；變頻器；煤礦系統

中圖分類號：TD633 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）12-0120-03

我礦2012年在井下+150水平安裝一套變頻絞車JTPB-1.6×1.2/20電機功率160kW為六采區主下山提升服務。絞車機械部分由重慶遠和礦山機械制造有限公司生產，絞車電控系統由洛陽源創電氣有限公司生產的提升機變頻控制系統。電控設備由變頻控制柜、PLC控制柜、司機操作臺等組成，于2012年8月2日調試完畢進行提升運行，系統實現PLC控制、變頻調速，系統實現過卷、減速過速、急停、通訊故障、變頻器故障、測速斷線保護、制動油壓過高、深度指示器斷軸、松繩等故障的檢測，并進行安全制動。

1 變頻調絞車應用效果分析

1.1 節電效果好

據相關的調查資料顯示，新型的變頻調速器具有不同程度的能量回饋功能，能夠在提升絞車下放的過程中將機械的能量轉化為電能并順利地輸送到電網當中。同時，新型的變頻調速器在運行過程中還能夠有效消除和減少調速過程中電阻能耗所散發出的熱量。改造后的變頻絞車的節電率與改造前的變頻絞車節電率提升了20%～25%。

1.2 安全性能高

新型的變頻調速器在啟動過程中對電流頻率的要求較小，正常情況下，都能十分順利地完成啟動，起步的平穩性較之前也得到了較為明顯的提高，運行速度受負載量變化程度的影響較小，安全性能在整體上得到了提高。

1.3 維修成本低

新型的變頻調速器在運行過程中極少出現故障，即使出現故障也都是一些較小的問題，所需的維修成本較低，從而在側面上減少了維修工作量。同時，由于新型變頻調速器的節電效果較好，從而有效地避免了因電阻發熱影響作業質量的現象。

1.4 工程量小

變頻絞車機房峒室相對較小，比較簡單，與老絞車相比可節省10平方米面積，土建工程量較小，費用較少。

1.5 設備簡單

變頻絞車設備相對較簡單，安裝調試方便。

2 變頻器的工作原理

交流電動機的轉速表達式：

n=60f（1-s）/p （1）

式中：

n——異步電動機的轉速

f——異步電動機的頻率

s——電動機轉差率

p——電動機極對數

由式（1）可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

通過改變電機定子供電頻率來控制電機的轉速是提升絞車系統中變頻工作的主要原理。

2.1 正常的逆變過程

逆變過程是絞車電機作為電動機運行的過程中的重要組成部分，主要由三個方面構成，分別為整流、濾波和正常逆變。正常逆變作為核心部分，在變頻絞車的運行過程中具有十分重要的作用和意義。通過對電機定子的供電頻率進行調節，從而在根本上控制電壓和輸出，具有十分重要的調速作用。

2.2 能量回饋過程

能量回饋過程作為除正常逆變過程之外也是電動機運行過程中重要組成部分。主要是由整流、回饋逆變和輸出濾波三大部分共同構成了電動機的能量回饋過程。回饋逆變作為整個能量回饋過程中最為關鍵的部分，直接左右和影響著能量回饋過程輸出電壓和電網電壓相位的統計性和協調性。據相關調查數據指出，目前我國多數的礦區電業的平穩性較差，前后波動數值相差較大，因此變頻絞車在礦區運行過程中，還需要在煤礦系統中增加一個特定的剎車部分，從而就能夠在整體上提高變頻器運行過程中的安全性和可靠性，將事故的發生幾率控制在最小范圍

之內。

3 變頻器的選用

煤礦絞車提升的運行負荷比較大，具有較大慣性，負載的特點是啟動時沖擊很大，因此要求變頻器有一定余量。同時，在重物下放時，會有能量回饋，因此要使用制動單元或采用共用母線方式。與其他傳動機械相比對變頻器有著更為苛刻的安全性能上的要求，它可以對所有交流電動機的核心變量進行控制，并把定子磁通、轉矩作為主要控制變量。高速信號處理器與先進的電機軟件模型相結合使電機狀態更新，對負載的變化和瞬時掉電，能做出迅速響應。我礦六采區絞車采用了洛陽源創電氣有限公司開發的NX1-261A/690V變頻器，與絞車主電機（型號YBPT355S-6，功率160kW，額定電壓660V，額定電流170A，轉速990r/min，功率因數cosφ0.88）相配套，運行過程系統安全可靠，保護齊全靈敏，滿足《煤礦安全規程》要求，各項性能指標達到規程及設計要求。

4 注意事項

結合我礦在設備選型、安裝調試、提升系統配套設施等方面，要注意的一些事項：

一是由于煤礦井下條件相對比較復雜，運行過程中負載變化也比較大，對提升絞車的要求，要有一定的過載能力，提升絞車的主電機功率要適當選擇大點，如JTPB1.6×1.2絞車主電機最好選功率185kW，相應變頻器容量選擇也要相應增大。

我礦在提升運行中，也出現過3次故障，問題均顯示是變頻器故障，經過檢查也都是在變頻柜中的三塊功率放大板出現問題，影響到絞車正常運行。解決辦法是更換功率放大板，將原來NX10653/261功率放大板換成NX10653/502功率放大板，加大功率放大板過載能力和抗干擾能力。

二是變頻提升絞車對周邊的工作環境要求相對比較高，主要是要做到機房峒室干燥，機電設備周圍不能有滴水；通風條件要好，機房峒室的通風必須是處在新鮮風流的進風側。

三是斜井井筒施工角度要控制在22°之內，采區下山軌道要選22kg/m及以上軌道，軌道的敷設必須達到標準要求，減少重車提升過程中的掉渣現象，盡量減少提升過程重車掉道現象的發生，變頻絞車過載能力比較低，在處理重車掉道時相對比較薄弱，一旦重車掉道就有可能影響到生產和安全。

四是機房設備安裝時，進線電纜宜有金屬套護或電纜鋼管，電纜兩端應就近可靠接地，與機房地基接地網相連；絞車機械電控的基礎四周必須要有接地避雷帶，接地阻值要達到井下機房峒室的要求。絞車機械和電控設備的外殼必須采用50×5mm以上的鍍鋅扁鐵進行可靠連接并接地，達到提高變頻絞車在運行過程中對外界抗干擾能力。

5 結語

隨著我國市場經濟體制的不斷發展和完善，對煤礦企業發展和運行安全性和可靠性的要求也越來越高。變頻絞車憑借自身具有的高安全性、穩定性、操作便捷、成本花費低等優勢，被廣泛地應用在煤礦提升系統當中，有效地減少了機械沖擊事故的發生，提高了運行的平穩性和安全性，消除并控制了噪音和散熱的程度，改善了人機工作的環境。在變頻絞車選型、安裝調試以及提升系統配套設施加以注意，變頻絞車在礦山將得到推廣應用。

作者簡介：鄭元漢（1964—），男，福建煤電股份有限公司高陂煤礦副礦長，機電工程師。

（責任編輯：趙秀娟）