采煤機牽引變壓器和變頻器的改進

馬永兵

（山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司寺河煤礦二號井， 山西 晉城 048000）

引言

郭莊煤礦的3617工作面煤厚6 m，采用分層開采的方式，由于煤層中矸石較多，采煤工作面推進過程中采煤機經常發生過載的超負荷運行，經常造成牽引變壓器、變頻器及其他相關組件的損壞事故，嚴重影響了生產進度。為了增強設備運行的可靠性，減少事故發生次數，在分析論證的基礎上提出了相關的改進措施。郭莊煤礦使用的采煤機是重慶煤科院生產制造的厚煤層采煤機，性能良好，設計較為科學，在實際使用中具有較好的可操作性和較長的使用壽命[1]。但是，使用過程中機電故障頻發，經過技術人員分析論證，最終得出影響牽引機運行的因素主要在于變壓器的固定牢靠性，基于此分析，在原有配套設施的基礎上采取措施對變壓器進行了加固[2]。表1為其主要技術參數。

表1 采煤機的主要技術參數

1 改進措施

由于牽引變壓器的設計空間較為緊湊，可進行改進的空間較為局限。因此，運用礦井常見的橡膠及絕緣材料填充在牽引機變壓器的周圍，既能防止電氣隱患也能起到緩沖固定的作用，有效避免了變壓器的三相繞組和采煤機碰撞而短路。另外，根據變壓器和變頻器的安放位置設計了專用的固定卡，并在底座加裝6組強力彈簧墊來防止惡劣工作環境下的強振動造成電路板燒毀。

1.1 牽引變壓器的改進

該型號的采煤機內電控箱及變壓器箱都較為狹窄，牽引變壓器的內部尺寸為1200mm×680mm×390mm，而變壓器本身尺寸為980mm×600mm×295mm，由此可知，可改進空間不大。通過對幾起變壓器燒毀事故總結分析發現變壓器損壞的最主要原因是變壓器經常移動使負荷接線螺栓接觸到內部腔體所致[3]。基于此研究發現，專門設計了一系列的變壓器加固措施。首先，原有的變壓器和殼體距離較小，發生接觸的可能性比較大，所以重新對變壓器線圈進行繞制，使其整體結構更加緊湊結實，降低和殼體接觸的可能性；在牽引變壓器與后方空間增加了絕緣橡膠，在牽引器前方增加5個螺孔和原先的2個共同對牽引機進行加固。另外，在牽引變壓器上方加厚原有的絕緣板，并更換了新型熔斷器。這樣在不影響效果的基礎上減小了變壓器的空間，同時還能便于檢修維護，提高安全性。改進之后的牽引變壓器在三維方向上的振動大小較之前明顯減小，減小了事故發生次數。

1.2 變頻器的改進

采煤機中的變頻器是敏感的電氣元件，礦井下惡劣的環境會極大地影響變頻器的使用性能。在對礦井6次事故的總結過程中發現，由于固定不牢靠而導致5起事故，由于內部粉塵堆積導致1起事故。在變頻器的底板前后有4個專門用于固定變頻器的固定卡。但在工作面回采過程中發現，這種簡單的設計在實際中無法保證其穩定性。由于變頻器的特殊性和靈敏性，故不能通過使用任意的固定物件來加固，所以在做各種保護措施以前，先將變頻器和外界隔離保護起來[4]。當拆開變頻器時發現，在PCB板上煤粉較多，靠近里面則煤粉很少。在變頻器前面是最為核心的主控板，后面是變頻器風扇，其中，主控板是核心處理器及信號處理單元，包括9層電路板合成。如果主控板上煤粉很多極容易導致變頻器損壞，綜合考慮下，最終決定將原裝風扇拆除，并采用180mm×180mm的不銹鋼板代替原裝風扇來封閉空間以阻止煤粉的大量進入。和牽引機變壓器打眼固定方法相類似，在原有固定基礎上重新進行打眼固定，增加6個專門的固定螺孔，所不同的是此次在對螺母固定時特意在螺栓穿過的變頻器上下底板加設4個高強度減震彈簧墊，彈簧墊的構造如圖1所示。

圖1 防震彈簧墊示意圖

采取這一改進舉措后首先可以防止煤粉過多進入主電路板而造成電路板損壞，這樣能有效避免變頻器失效事故的發生。另外，采取加設多組高強度防震彈簧墊還能有效緩解采動過程中的強振幅對變頻器的不利影響。同時，為了最大程度上增加其使用壽命，建議在檢修班的每日檢修中詳細觀察防震彈簧墊的變化情況，一旦發現變形嚴重不能反彈的彈簧墊要立即上報領導并組織更換。其次，調節控制盤重新對保護參數進行設置，這將使控制盤的保護動作更加到位，更加靈敏，另外，對電機模型識別中的模擬量相關參數進行了重新修訂，這種改進措施能避免由于模型的不精確識別導致的錯誤反饋動作和由此引發的不確定事故隱患。

1.3 其他相關組件的改進

除了對采煤機牽引機的變壓器和變頻器的改進之外，對牽引機中其他相關的重要組件也在不同程度上進行了改進加固。牽引機的操作面板上的隔離防爆開關原本是通過螺栓接口固定的，但在實際采煤中發現許多用于固定的螺栓已經變形錯斷甚至折斷，并不能起到有效固定的作用，最后在多方考量下，選擇運用鉛絲代替螺絲來固定操作面板，這種舉措既能牢靠固定也能起到緩沖受力的作用。

2 應用效果

改進后的采煤機牽引機在郭莊煤礦3617工作面進行了現場試驗，在對采煤機變壓器和變頻器改進后，維持同等開采強度的條件下連續正常工作時間可達到80 d，沒有再發生類似的機電設備燒毀不能使用的事故，保證了礦井的生產指標和生產能力。變頻器中包含大量精密的集成電路，科學技術程度相當高，如果采煤過程中變頻器故障損毀而井下技術工人無法維修，只能運到井上送廠家修理或者干脆購買新的類似產品，大范圍的修理變頻器花銷約6萬元，而重新購買一臺類似的新設備至少需要28萬，通常變頻器發生事故往往需要大范圍排查維修，還未包括耗費的人力、物力、時間及其他各種經濟損失。在3617工作面過去開采的90 d中，損壞牽引機變壓器共發生8起，燒毀變頻器事故共發生6起，這兩種事故共花費了70余萬元，而由于事故導致工作面停產的各種損失則更高。為了減少事故發生頻率，減少不必要的經濟花費，急需對采煤機牽引機上的變壓器和變頻器進行改造。通過對現場事故的總結分析，加固設備的改進措施成本很低，共需要260余元，相對維修的花費來說非常經濟實用。由于所需的材料多是礦上最為常見的橡膠和鉛絲等，而且設計合理實用，極大地改善了采煤機機組的緩震性，有效避免了此種機電事故的發生。在采完3617工作面剩余煤炭的時間里再沒發生過變壓器和變頻器燒毀的事故，可直接為礦井節省更換或維修配件的作用，并且，節省下的出煤時間累積可達40 h，按照采煤機機組的平均生產能力，出煤量可達到7000t，按400元/t的市值計算可創造300余萬元的經濟效益。

3 結論

1）針對牽引機上變壓器和變頻器在采煤過程經常發生燒毀損壞事故，結合現場深入分析設計出了一系列的加固減震措施：重新對變壓器線圈進行繞制，使其整體結構更加緊湊；在變壓器周圍添加了若干層絕緣橡膠材料，既能緩震也能對變壓器進行加固，另外，在原有鉆孔周邊重新打新鉆孔進行固定。

2）針對變頻器燒毀損壞事故頻發的這一情況采取了改進措施：去掉了原裝的風扇，采用不銹鋼板進行隔離；在增加螺絲固定的基礎上還在變頻器上下底板放置了防震彈簧墊，能夠有效緩解采煤過程中的強震動對變頻器性能的影響。

3）對于牽引機的這兩項主要改進，直接間接經濟效益都很明顯，不但節省了維修費用，而且節省下的出煤時間累積可達40 h，按照采煤機機組的平均生產能力，出煤量可達到7000 t，按400元/t的市值計算可創造300余萬元的經濟效益。