高壓變頻技術在主斜井膠帶機電控系統中的應用

楊茂符，石際云，郭新玲（龍礦集團望田煤業 龍礦集團機電維修中心，山東 龍口 265700）

高壓變頻技術在主斜井膠帶機電控系統中的應用

楊茂符，石際云，郭新玲
（龍礦集團望田煤業 龍礦集團機電維修中心，山東 龍口 265700）

結合望田煤業對主斜井膠帶輸送機及電控系統改造工程實例，探討了高壓變頻技術在電控系統的應用，實踐證明，改造后，不僅大幅提升了主斜井膠帶輸送機安全運行的能力，而且有效提高了企業的經濟效益。

主膠帶機；高壓變頻器；技術應用

龍礦集團望田煤業主斜井膠帶輸送機原型號為DTL800/32/2×250，拖動電機為交流電動機，電壓等級為380V。隨著礦井技改工程的需要，已不適應礦井生產需要。于是2013年望田煤業對主斜井膠帶輸送機進行了升級改造，更換膠帶輸送機和電控系統，采用高壓變頻技術，其技術和性能勝過其它任何一種調速方式，以此提高主斜井膠帶輸送機的提升能力。

1　膠帶輸送機性能指標

膠帶輸送機型號：DTL100/65/2×400；運輸能力：Q=650t/h；膠帶速度：V=3.15m/s；輸送機機長：L=627m；輸送機傾角：α =20.5°；電動機型號: YBK2-315M-4 功率N=400kW；雙電機驅動，電壓等級：10kV；減速機型號：SEW型減速機。

2　變頻調速的基本工作原理

依據電機學基本原理，電機轉速滿足的關系式如下：

式中：p——電機極對數；

f——定子供電電源的頻率；

s——轉差率。

從上式中可以看出，調節了電機的供電頻率f，就能改變電機的實際轉速。

3　高壓變頻器控制功能

高壓變頻器是采用多臺變頻器串聯疊加方式，可輸出可變頻變壓的高壓交流電。

變頻器本身由變壓器柜、功率單元以及控制柜組成。變頻器柜內有隔離變壓器和冷卻風機，隔離變壓器副邊多繞組輸出，為功率單元提供獨立的移相電源；功率單元/控制柜內有功率單元、控制器、接口板、監視器等，高壓開關柜的三相高壓，經降壓、移相給功率單元供電。功率裝置分為三組，一組作為一個階段，每個階段的功率單元輸出收尾相串聯。通過光纖功率控制器在控制單元的每個功率單元柜整流器和逆變器控制和檢測。所以根據實際需要為給定的頻率，通過用戶界面及負載的需求的控制單元，控制信息發送到相應的整流器和逆變控制、調整功率單元、輸出電壓等級。

望田煤業主斜井膠帶輸送機采用10kV電壓等級的HIVERT型高壓變頻器，該變頻器采用交—直—交方式，IGBT為主電路開關組件。每個階段由9個額定電壓690V電源設備系列串聯組成，輸出相電壓峰值5760V，線電壓10000V左右。改變每個階段的單位功率或輸出電壓等級，就可實現不同電壓等級的高壓輸出。雙機聯動（主從控制）同步變頻系統是一個完全獨立操作兩個逆變器，主從機同步通信方法，確保兩個電動機轉速和功率平衡。兩個發動機在任何一個可以作為主機，主從機之間的同步控制是“嵌入式”同步控制器。同步控制光纖通信的傳輸介質；雙機通信方法沒有額外的繁雜同步設備，變頻器內置的已經完成，只需要簡單的安裝操作，設置雙（多）機可以實現同步操作。

主、從電機在運行的過程中，該系統將造成工況對功率的不對稱分布，電動機的輸出嚴重超過電動機的額定功率，而有一臺電機則又過度輕載。主從電動機異步操作很容易導致運行過程中設備損壞，從而導致停機事故時有發生。為了避免功率分配的不對稱，高壓變頻器內置高速同步通信，可以異步狀態輸出功率更大的電動機過載能力及時平衡給輕載電動機，實時維護之前和之后的主，從電機功率平衡對稱分布，自動動態調整，從而實現主、從轉換器的同步操作來實現雙電機同步運行的目的。

4　工頻與變頻優缺點比較

（1）工頻起動電流大，啟動時間很長，對電動機的絕緣有更大的威脅，嚴重時甚至燒壞電機；（2）高壓電動機在工頻啟動轉矩脈動現象產生的機械振動對帶式輸送機產生了較大的應力，嚴重影響到電機、皮帶機和機械部件的使用壽命；（3）變頻操作方式下，甚至在輸入功率大于額定容量可變頻率的情況下也能滿足，并且可以保護其它網絡設備諧波干擾，同時與其他控制裝置可以防止串擾；（4）無功沖擊較小，功率因數較高；沒有諧波引起的脈動轉矩，可延長電機和機械設備的使用壽命；（5）變頻器本身可提供正弦波輸出，只有少數電壓波形畸變，電機噪音非常小，需要外部輸出濾波器，電動機不降額使用，能較好的消除有害諧波變頻器電動機引起的發熱和轉矩脈動，降低機械設備的運行應力。

5　高壓變頻器運行效果

5.1輸送機運行安全性能得到了改進

（1）電機起動電流在額定電流之內，由于啟動電流不太大，于是不會對電機和機械造成影響。

（2）電機啟動時轉速降低，降低了機械磨損，減少了輸送機的機械振動。

（3）真正實現了軟啟動，啟動時膠帶輸送機運行更平穩。

（4）實現了雙電機驅動時功率平衡工作。

（5）實現了主斜井膠帶輸送機自動、手動、檢修、緊急控制等各種運行方式的控制要求，方便檢修；同時可以根據上煤量自動選取最大的運行速度，提高系統的運行效率，節電效果明顯。

（6）實現跑偏、斷帶、逆轉、打滑、超速保護；電機與電器的過載、短路和超溫保護；過速保護、過電流保護、欠電壓保護、局部過載保護張緊車到達終點保護及提供制動閘控制等保護。

5.2自動化程度提高，維護簡單

（1）該系統可分為主站和分站控制，主站和分站通過模塊實現信號通訊，組成集中控制系統并與上位機連接，實現全礦井監控系統聯網。

（2）變頻電控系統改造后，設備可靠性能有了實質性的提高，井下停車故障率大大降低，不僅方便維護與保養，而且提高了生產效率。

6　結語

礦井主斜井膠帶輸送機作為礦井生產系統的咽喉，在礦井安全生產中占有舉足輕重的位置，同時耗電量在礦井生產電耗中占有不小的比例，高壓變頻技術在望田煤業主斜井膠帶輸送機的使用，實現了主斜井膠帶輸送機的“安全、可靠、經濟”運行，既降低了事故率，減少各種配件的投入，提高了企業的經濟效益，每年節約費用約20萬元。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.187

楊茂符（1972-），男，大學，工程師，畢業于山東科技大學，現任山東能源龍礦集團望田煤業任副總工。