非機(jī)載式采煤機(jī)變頻器的安裝使用及常見(jiàn)故障處理

董興洪　趙忠軍　張錦平　何祝友

摘 要：由于交流變頻電牽引采煤機(jī)具有良好的牽引特性，可用于大傾角煤層，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、反應(yīng)靈敏、動(dòng)態(tài)特性好、檢測(cè)和顯示系統(tǒng)完善、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在煤機(jī)行業(yè)得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。該文介紹變頻器安裝時(shí)的注意事項(xiàng)及接線的工藝要求，通過(guò)幾個(gè)典型的采煤機(jī)故障維修案例分析，對(duì)推廣使用電牽引采煤機(jī)及故障分析起到了引導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：電牽引 變頻器 非機(jī)載 故障分析

中圖分類號(hào)：TD421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（b）-0032-02

攀煤集團(tuán)公司使用的采煤機(jī)均為上海天地公司生產(chǎn)交流電牽引采煤機(jī)。從變頻器的安裝位置可分為機(jī)載式（變頻器安裝在采煤機(jī)機(jī)身內(nèi)）和非機(jī)載式（變頻器安裝在采煤機(jī)外）兩種。非機(jī)載式采煤機(jī)由于將變頻器安設(shè)在采煤機(jī)外，通過(guò)牽引電纜和采煤機(jī)連接，減少了采煤機(jī)工作時(shí)對(duì)元件的震動(dòng)，變頻器故障率大為降低，但如果變頻器安裝不正確、接線不規(guī)范，同樣會(huì)使變頻器不能正常工作，甚至造成故障影響其使用壽命。我們通過(guò)多年時(shí)間從事綜采工作面機(jī)電設(shè)備的安裝調(diào)試及故障處理工作，在工作中積累了一些現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在此筆者談?wù)劮菣C(jī)載式采煤機(jī)變頻器的安裝、接線工藝及故障處理方面的一些體會(huì)。

1 變頻器的安裝與接線工藝要求

1.1 變頻器的安裝及環(huán)境要求

由于綜采工作面采煤推進(jìn)速度快，配電點(diǎn)移動(dòng)頻繁，通常的做法是：將磁力起動(dòng)器、牽引變壓器、變頻調(diào)試箱等設(shè)備安裝在橋式轉(zhuǎn)載機(jī)上，這樣移動(dòng)橋轉(zhuǎn)時(shí)，所有的電氣設(shè)備都可以隨橋轉(zhuǎn)一起移動(dòng)。不用人工移動(dòng)配電點(diǎn)。在正常出煤時(shí)，橋轉(zhuǎn)及破碎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)較大，容易造成變頻調(diào)速箱內(nèi)元件及接線柱松動(dòng)，在安裝磁力啟動(dòng)器、變頻調(diào)速箱等設(shè)備時(shí)，應(yīng)在設(shè)備下面墊4個(gè)φ60×40的橡膠圈并用螺栓與橋轉(zhuǎn)連接，減小設(shè)備工作時(shí)的振動(dòng)，防止由于震動(dòng)造成機(jī)內(nèi)元件松動(dòng)導(dǎo)致的故障。

該變頻調(diào)速箱采用隔爆式設(shè)計(jì)，隔爆方式為ExdI，不能放置在有淋水的環(huán)境中使用。在進(jìn)行設(shè)備安裝排序時(shí)盡量將有電子類電磁干擾的設(shè)備遠(yuǎn)離變頻器，以免發(fā)生相互干擾，導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作。

1.2 接線工藝要求

在接線前一定要檢查牽引電纜及牽引電機(jī)的絕緣電阻值，其總絕緣電阻值必須大于1 MΩ以上方可使用，否則會(huì)燒壞電機(jī)或?qū)е伦冾l器故障。非機(jī)載式采煤機(jī)是通過(guò)一根牽引電纜來(lái)連接變頻器和采煤機(jī)運(yùn)行的，變頻器和采煤機(jī)之間的指令傳輸通過(guò)牽引電纜的7根控制芯線來(lái)完成，變頻器在工作時(shí)，由于整流和變頻，周圍會(huì)產(chǎn)生很多的干擾電磁波。這些高頻電磁波對(duì)附近的機(jī)電設(shè)備及儀表、儀器有一定的干擾。如果處理不好，往往會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞，其次，其他機(jī)電設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的一些電磁波也會(huì)對(duì)變頻器帶來(lái)干擾。所以除選用特殊的屏蔽電纜（必須選用MCPT系列電纜）外，對(duì)接線工藝要求也較高。不管是輸入端電源電纜還是輸出電纜甚至是控制芯線，都不要留太多余量，電纜不要交叉、不要盤圈，對(duì)電纜內(nèi)的金屬屏蔽層必須可靠接地（只接一端，如果采煤機(jī)側(cè)屏蔽線接地，則變頻器端不要接地，反之亦然），電纜在接線柱上一定要緊固，并采取防止松散的措施，因?yàn)闋恳姍C(jī)采用380 V供電，牽引電流大，容易造成接線柱發(fā)熱甚至缺相運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)燒毀電機(jī)或者變頻器。

1.3 防止輸入端過(guò)電壓或欠壓

變頻器電源輸入端往往有過(guò)壓及欠壓保護(hù)，但是，如果輸入端電壓過(guò)高，會(huì)使變頻器內(nèi)濾波電容損壞。如果輸入電壓過(guò)低，變頻器會(huì)報(bào)欠壓故障不能正常工作。因此，在實(shí)際使用中，要核實(shí)變頻器的輸入電壓以及變頻器使用的額定電壓，一般將電壓控制在370～400 V之間為宜，否則會(huì)造成嚴(yán)重后果。

1.4 使用及維護(hù)要求

該變頻器采用水冷式結(jié)構(gòu)，在工作時(shí)必須保證有一定流量的冷卻水，以保證對(duì)機(jī)內(nèi)大電流整流器件及大功率IGBT等電子元件進(jìn)行冷卻，水壓控制在3.0 MPa以下，流量控制在25～30 L/min。由于井下環(huán)境潮濕且煤塵大，在使用時(shí)應(yīng)在變頻箱內(nèi)放置干燥劑，并定期檢查干燥劑的使用情況，在干燥劑接近飽和狀況前及時(shí)更換。對(duì)防爆面要定期涂抹凡士林，以防煤塵進(jìn)入變頻箱內(nèi)。

變頻器在使用時(shí)要避免頻繁開(kāi)關(guān)機(jī)。停機(jī)后如需再次送電，必須等待10 min后方可進(jìn)行，因?yàn)殚g隔時(shí)間過(guò)短機(jī)內(nèi)電容器存儲(chǔ)的電荷未充分釋放，再次送電容易造成機(jī)內(nèi)元件過(guò)壓損壞。

當(dāng)變頻器報(bào)故障時(shí)嚴(yán)禁多次按“復(fù)位”鍵強(qiáng)行送電，這樣容易造成故障進(jìn)一步擴(kuò)大，帶來(lái)新的故障，必須等維修人員排除故障后方可再次送電。

2 變頻器常見(jiàn)故障分析與處理

該集團(tuán)公司使用的上海天地生產(chǎn)的非機(jī)械式采煤機(jī)（如：MG150/348、MG200/546，MG250/600等）均使用安川G7型變頻器，該變頻器運(yùn)行穩(wěn)定、過(guò)載能力強(qiáng)、故障率低，通過(guò)近幾年的使用發(fā)現(xiàn)，在變頻器報(bào)故障時(shí)真正是變頻器損壞的情況并不多，變頻器報(bào)故障大部分是外圍電路故障、電纜故障或機(jī)械故障所致。下面是我們通過(guò)多次井下現(xiàn)場(chǎng)維修，認(rèn)真分析、整理而成的幾個(gè)維修案列。

2.1 實(shí)例1：MG200/456—QWD型采煤機(jī)

故障現(xiàn)象：采煤機(jī)無(wú)牽引，變頻器報(bào)“OC”故障。

故障分析：變頻器報(bào)“OC”故障，說(shuō)明變頻器有過(guò)載現(xiàn)象，跟牽引電機(jī)、牽引減速箱、牽引電纜等有關(guān)。

故障維修：開(kāi)啟采煤機(jī)后，觀察變頻器顯示屏電流變化，當(dāng)電流達(dá)到105 A時(shí)，變頻器報(bào)“OC”故障，為了區(qū)分故障部位先取下左牽引電機(jī)負(fù)荷線后試機(jī)，電流仍然達(dá)到105 A，由此可判斷左牽引部基本正常，接上左牽引電機(jī)負(fù)荷線，取下右牽引電機(jī)負(fù)荷線再進(jìn)行試機(jī)，觀察牽引電流仍然很大，據(jù)此判斷牽引電纜有短路現(xiàn)象，經(jīng)查找，在電纜槽內(nèi)有一石塊將電纜擠傷，造成主芯線短路故障，經(jīng)處理后故障排除。

2.2 實(shí)例2：MG200/456—QWD型采煤機(jī)

故障現(xiàn)象：采煤機(jī)啟動(dòng)后，只要一給方向指令，顯示屏就顯示某一固定速度，加速、減速無(wú)效。

故障分析：正常情況下，采煤機(jī)給了方向指令后不會(huì)行走，只是原地待命，還得給一個(gè)速度指令才會(huì)從零開(kāi)始加速，只給方向采煤機(jī)就有牽引。據(jù)此分析，該故障跟PA7—3盒、PLC、變頻調(diào)速箱內(nèi)A4板、A5板有關(guān)。

故障維修：采煤機(jī)發(fā)出的4～20 MA電流信號(hào)給變頻器，變頻器再將4～20 MA的電流信號(hào)變換成0～10 V的電壓信號(hào)送入A5板，經(jīng)A5板處理后，送入變頻器G7。如果將速度指令線XF1—1斷開(kāi)，采煤機(jī)就無(wú)牽引，處在原地待命狀態(tài)，說(shuō)明故障在采煤機(jī)部分，反之，則在變頻器部分，當(dāng)斷開(kāi)XF1—1芯線后，采煤機(jī)無(wú)牽引，說(shuō)明故障在采煤機(jī)部分。那么，怎樣確定采煤機(jī)內(nèi)是PLC故障還是PA7—3呢，我們只需測(cè)量XTF27、XTF28兩端的直流電壓就能判斷出是哪部分發(fā)生故障，當(dāng)啟動(dòng)采煤機(jī)后不給加速指令XTF27、XTF28兩點(diǎn)電壓應(yīng)該為0 V，如果有電壓則PA7—3盒損壞。在處理該采煤機(jī)故障時(shí)，啟動(dòng)采煤機(jī)后實(shí)測(cè)XTF27、XTF28兩點(diǎn)電壓為2.3 V，說(shuō)明PA7—3盒損壞，更換后故障排除。

2.3 實(shí)例3：MG250/600—AWD型采煤機(jī)

故障現(xiàn)象：采煤機(jī)正常啟動(dòng)后，按“加速”鍵，采煤機(jī)無(wú)牽引。

故障分析：該故障涉及的范圍較廣，牽引電纜、PLC、PA7—3、變頻調(diào)速箱等。這幾部分中的任何一部分損壞均可造成該故障。

故障維修：首先要大致判斷出故障的范圍究竟是在變頻調(diào)速箱，還是在采煤機(jī)或電纜部分。方法是：取下變頻調(diào)速箱內(nèi)的X2—6接線排的導(dǎo)線，采煤機(jī)正常啟動(dòng)后，觀察變頻調(diào)速箱內(nèi)的“松閘指令”指示燈、“松閘確認(rèn)”指示燈，如果這兩個(gè)指示燈都點(diǎn)亮后，就用指針式萬(wàn)用表接入X2—6、X2—7的兩端（萬(wàn)用表拔到R×1、R×10均可，紅表筆接X(jué)2—7， 黑表筆接X(jué)2—6），此時(shí)，變頻器顯示屏應(yīng)有8～10 Hz的頻率顯示（不同型號(hào)的萬(wàn)用表，頻率略有差異），說(shuō)明變頻器調(diào)速箱正常，故障在采煤機(jī)或牽引電纜。采煤機(jī)正常啟動(dòng)后按下“加速”鍵，觀察采煤機(jī)液晶顯示屏，如果顯示的牽引速度增加，則很可能是牽引電纜芯線損壞，反之，則是PA7—3或PLC損壞。我們?cè)偻ㄟ^(guò)測(cè)量XTF27、XTF28兩點(diǎn)的電壓判斷究竟是PA7-3還是PLC故障。在處理該采煤機(jī)時(shí)按下“加速”鍵后，顯示的牽引速度在增加，但采煤機(jī)無(wú)牽引，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，牽引電纜內(nèi)控制芯線損壞。更換備用控制芯線后，故障排除。

3 解決非機(jī)載遠(yuǎn)距離傳輸?shù)母蓴_問(wèn)題

目前，解決變頻器的干擾問(wèn)題最好的方法就是在電源端加裝合適的電抗器。該礦使用的MG200/456非機(jī)載式變頻調(diào)速電牽引采煤機(jī)，由于主控系統(tǒng)采用PLC控制技術(shù)，易受干擾（現(xiàn)采用DSP技術(shù)），生產(chǎn)廠家將牽引電纜長(zhǎng)度都控制在200 m以內(nèi)。該礦布置的某工作面斜長(zhǎng)達(dá)到245 m，牽引電纜長(zhǎng)300 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出廠家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致新安裝的工作面無(wú)法正常投入生產(chǎn)。為了解決非機(jī)載式采煤機(jī)變頻器與采煤機(jī)之間牽引電纜過(guò)長(zhǎng)易受干擾的這一技術(shù)難題，經(jīng)查閱變頻器方面的技術(shù)資料，分析遠(yuǎn)距離傳輸?shù)募夹g(shù)難點(diǎn)，找出主要的干擾源，利用設(shè)計(jì)增加抗干擾元件。通過(guò)到現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)次試驗(yàn)、測(cè)量，最終將這一難題攻克，不僅為該工作面的開(kāi)采贏得了時(shí)間，更為解決交流變頻電牽引采煤機(jī)，牽引電纜的遠(yuǎn)距離傳輸問(wèn)題提出了科學(xué)可行的解決方案。該方案在筆者所在公司的非機(jī)載采煤機(jī)上得到推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

變頻器電路，是弱電和強(qiáng)電的有機(jī)結(jié)合，是軟件和硬件的有機(jī)結(jié)合，也是微電子技術(shù)和電力半導(dǎo)體器件的結(jié)合應(yīng)用。隨著制造工藝的不斷提升、變頻技術(shù)的日趨成熟，控制上的智能化和靈活多變，以及它強(qiáng)大的功能，各種完善的檢測(cè)和保護(hù)電路，使變頻器在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在全面崇尚科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的大環(huán)境下，我們要不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)，提高自身業(yè)務(wù)技能，只有掌握了變頻器的工作原理，才能應(yīng)用好、使用好、維護(hù)好變頻器。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐曉宇.變頻器在煤礦提升機(jī)中的應(yīng)用及研究[D].山東大學(xué)， 2008.

[2] 田成金.薄煤層自動(dòng)化工作面關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011（8）：83-86.

[3] 王國(guó)法.煤礦高效開(kāi)采工作面成套裝備技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010（1）：63-68.