刮板輸送機變頻技術在煤礦超長工作面的應用

宋建偉++陳福霞++張憲超

摘要：煤礦綜采工作面刮板輸送機驅動電機使用工頻直接啟動的方式，設備快速啟動，啟動電流大，對設備造成嚴重的沖擊，加速了設備老化，減少了使用壽命。變頻調速一體機的使用實現了煤礦超長工作面刮板輸送機變頻技術的應用，它集變頻器和驅動電機于一體，占用空間小，電纜使用減少，易于安裝。

關鍵詞：刮板輸送機；變頻技術；變頻調速一體機；軟啟動；煤礦開采；超長工作面 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD528 文章編號：1009-2374（2015）27-0166-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.085

1 概述

東灘煤礦是山東兗礦集團下屬重點煤礦，143下04綜采工作面，工作面回采3下煤層，位于十四采區，工作面傾斜長333.67m，走向長：軌順1238.27m，運順1263.27m。本工作面采用SGZ-1000/2×700刮板輸送機，適用于煤礦井下緩傾斜、中厚、厚煤層回采工作面，具有高強度、高壽命、高可靠性的特點。但在煤礦井下復雜條件下，啟動次數頻繁及重載荷長時間運轉，將加速設備老化，必須加強設備的檢修力度，不僅降低設備的使用壽命，而且加大技術人員的工作量。

將YJVFT-450M-4礦用隔爆兼本質安全型變頻調速一體機作為刮板輸送機驅動部電機，實現刮板輸送機的變頻調速，提高使用壽命，減少維修量，同時實現了軟啟動，電機啟動電流遠遠小于額定電流，啟動時間延長，減輕了起動機械轉矩對設備的機械損傷，延長了使用壽命，減少了設備故障率，提高了煤礦生產效率，從而更好地適應綜合機械化采煤的需求。

2 變頻調速一體機的性能

變頻調速一體機的輸入電源為1140V、50Hz，變頻器輸出頻率在5～50Hz時為恒扭矩、在50～60Hz時為恒功率，變頻調速一體機隔爆等級為Exd[ib]I Mb，防護等級均為IP55，耐溫等級為H級，冷卻方式為外殼水冷式；適用于皮帶輸送機、乳化液泵站、轉載機、刮板輸送機及其他煤礦井下與電動機相匹配且連接尺寸相符合的設備。

3 變頻調速一體機電氣系統主要組成部分

變頻調速一體機電氣系統主要由變頻部分和電動機部分組成，其中變頻部分又分為主回路、主控器、驅動單元、顯示屏（見圖1）。

圖1 變頻調速一體機電氣系統

3.1 主回路

YJVFT-450M-4采用十二脈沖整流（需兩組相位差為30°的1140V、50Hz的電源供電）。變頻器為交-直-交、電壓型變頻器。電源經接觸器、電抗器后又經過整流，成為直流，在直流支撐電容濾波穩壓后，再經過IGBT組成的逆變電路，將直流電逆變成頻率可調的交流電（即VVVF電源）。

3.2 主控器

主控器是變頻部分的心臟，各種信息的處理、控制以及指令的發送都是由它來完成。它采集大部分實時信號，經過運算后產生IGBT的驅動信號，一方面通過光纖與驅動單元完成數據交換；另一方面把變頻器的各種信息處理后送到顯示屏顯示，并且接收外部操作指令控制一體機運行。

3.3 驅動單元

驅動單元接收主控器的IGBT出發指令，經放大后，生產PWM信號，通過光纖控制IGBT導通和關閉時間。同時還進行電流、電壓及溫度等變量信息的預處理，可以對IGBT進行最短時間的保護。

3.4 顯示屏

一體機裝有高耐溫的LED顯示屏，通過通訊線接收主控器發送的實時信息并顯示出來。一體機正常工作時，顯示電壓、電流、功率和轉速等實時參數，當一體機報故障，采取保護動作時，顯示準確故障信息。

3.5 外部循環水冷系統

本系統根據用戶實際工況有兩種配置：一種為使用外部循環水泵、水箱等構成的閉環冷卻系統；另一種為用戶不使用水箱時，直接由供水管路經減壓閥向變頻器提供冷卻水，出水采用開放式直接排出，采用此方式時供水壓力不得大于3MPa。

3.6 變頻單元附屬電路

附屬電路包括變頻器操作、控制及保護電路，主要由直流接觸器、控制變壓器、輸入輸出電路組成。

4 變頻調速一體機的應用

143下04工作面刮板輸送機采用變頻調速一體機驅動，供電電壓為1140V，額定電流416.4A。由變電站的2臺1250kVA變壓器（2#和3#變壓器）輸出4路1140V電源電壓通過3*95mm2電纜（A#、B#、C#、D#）給2臺9組合開關（Ⅰ和Ⅱ）供電。再從2臺9組合開關輸出4路電通過3*70mm2電纜分別給機頭機尾變頻調速一體機供電。通過九組合開關控制變頻一體機電源的通斷，配合使用CXJ127S礦用隔爆兼本質安全型刮板輸送機操作箱，實現對一體機的故障、溫度和通訊狀態的監測以及啟停控制，檢修或進入運輸機停電時，要對運輸機4路隔離開關全部停電閉鎖。

第一，刮板輸送機實現了變頻啟動，使得運輸機鏈條磨損減小，沒有瞬間啟動到較大的速度，鏈條減少了沖擊力，從而延長了鏈條、聯接環的使用壽命。同時啟動時間可以按照自身的使用情況以及配合煤量適當進行調節。

第二，由于啟動平緩，在機械傳動方面也減少磨損，對輪皮子磨損較小，對于刮板、鏈條及連接環的磨損較小，減少了斷鏈子事故，連接環也減少了更換次數，同時平緩啟動也降低了機械傳動的噪音。

第三，配合使用礦用隔爆兼本質安全型刮板輸送機操作箱，即為一個監測、控制的操作箱，可以方便直觀地觀察運輸機的狀態以及方便查詢故障，并可以改變一些參數，從而實現機頭、機尾單電機啟動或反轉。

第四，刮板輸送機使用了變頻技術，也在很大程度上降低了能耗，減少了電能消耗。

5 結語

變頻調速一體機使用較以前的工頻電機更為方便、耐用、低耗，但也存在不足，供電系統比較繁瑣，由于額定電流416.4A，組合開關的單個隔離開關，額定電流滿足不了這么大電流，所以用兩個隔離開關帶一臺電機，同時電纜也承受不了這么大電流，所以從變壓器分兩路電纜給一臺運輸機變頻電機供電，兩臺電機使用四路電纜供電，電纜使用較多。由于變頻控制必須防止電磁干擾，所以控制線未抗干擾較強的電纜，由于從電站至運輸機頭，再由運輸機機頭至運輸機尾，通信路線上電纜容易受擠、刮，受傷后重新接上的抗干擾能力下降。這些不足的解決將會更加有效地為煤礦生產服務，不斷提高煤礦生產效率。

參考文獻

[1] 王國法.高效綜合機械化采煤成套裝配技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2008.

[2] 賈會會.刮板輸送機中部槽的研究現狀及發展趨勢

[J].礦山機械，2010，38（5）.

[3] 龐義輝，劉俊峰，周志波，等.特厚煤層大采高綜放開采高度的確定與影響[J].煤炭學報，2012，40（11）.

[4] 王國法.煤礦綜采自動化成套技術與裝備創新和發展[J].煤炭科學技術，2013，41（11）.

作者簡介：宋建偉（1971-），男，山東鄒城人，山東科技大學礦業與安全工程學院在讀碩士研究生，兗礦集團貴州能化五輪山煤礦副礦長，工程師，研究方向：煤炭安全生產

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（責任編輯：王 波）