高壓智能變頻技術在綜采刮板輸送機的應用分析

陜西涌鑫礦業有限責任公司 陜西 榆林 719400

現階段,我國煤礦井下綜采工作面刮板輸送機廣泛使用雙速電機驅動模式,即采用兩種不同轉速的雙繞組電機進行起動控制,低速繞組轉速一般為高速繞組的1/2,功率也為高速繞組的1/2。運行時,首先起動低速繞組,待運行穩定后再切換至高速繞組運行。但由于低速起動時功率只有正常運行時的一半,因此在出現工作面堆煤壓鏈時,起動過程比較困難,需要人工進行清理后方可起動。這也是雙速電機存在的弊端之一。同時,綜采工作面刮板運輸機采用大功率電機,傳統運行方式下電機啟動存在較多問題:一是啟動電流大,對電網沖擊大,尤其是發生卡鏈或重載啟動時,容易發生保護跳閘;二是啟動瞬間對刮板、鏈輪沖擊大,重載時容易發生斷鏈事故,啟動困難;三是啟動過程無法做到功率平衡,對設備損耗、材料消耗大。因此,針對綜采現場存在問題,我礦提出在綜采工作面刮板輸送機、轉載機引進使用高壓變頻技術,保證設備的安全運行。

1 問題現狀

我礦綜采工作面刮板輸送機、轉載機原使用高低速電機運行,因原煤運輸系統無緩沖煤倉,導致頻繁高低速啟動造成各鏈輪及刮板鏈磨損嚴重,斷鏈次數增多后且堆煤壓鏈后啟動過程比較困難,經常需要人工清煤。為解決此問題,我礦于2018年9月在綜采工作面初次引進使用高壓變頻設備,應用于125205工作面,目前該工作面已經回采完畢,已經完整使用一個工作面。該套設備使用狀況良好,變頻技術的引用,取得了良好效果。與傳統高低速系統相比,大大降低了斷鏈次數,減少設備損耗及電氣沖擊,節能降耗效果明顯,具備啟動轉矩大、啟停平穩、斷鏈保護、重載啟動、調速節能、功率平衡等功能。

該套變頻器為二象限12脈沖組合式變頻器,具有3個獨立的輸出回路,可同時驅動刮板運輸機前、后機和轉載機。箱體分為4個腔室,從右至左依次為整流腔室、逆變腔室I、逆變腔室Ⅱ、逆變腔室Ⅲ。主要由主回路、控制單元、整流單元、逆變單元、濾波單元、顯示單元和充電單元組成。變頻器屬于交—直—交電壓源型變頻器。主回路AC1700V,50Hz電源經真空接觸器引接到整流單元轉換成直流,然后濾波單元對整流后的直流電進行濾波,最后經功率模塊和控制電路組成的逆變單元將直流電逆變成電壓、頻率均可調的交流電(即VVVF電源)。變頻器配備欠(過)壓保護、短路保護、過載保護、缺相保護、瞬時斷電保護、接地故障保護、漏電閉鎖保護、電機過溫、功率器件過熱等保護,可進行開機自檢,具備故障自診斷功能。

2 應用分析

以涌鑫礦業公司安山煤礦進行案例分析,安山煤礦現主采煤層為52煤,目前采面布置為主采125203工作面,配采125205工作面,一采一備。125203綜采工作面使用2*700kW雙速電機驅動,125205綜采工作面使用刮板運輸機變頻驅動,下面就兩種運行方式進行經濟性對比:

2.1 設備投入 125203工作面刮板機使用2*700kW前后雙速電機驅動,采用3300V電壓供電,控制啟停采用組合開關進行控制(如圖一);125205工作面刮板機與125203工作面配置相同,唯一區別是增加1臺高壓組合變頻器。另外,由于雙速電機驅動時,每臺電機需要兩根電纜供電,而變頻驅動時,每臺電機只需要一根電纜即可,具體參數如下:

對比兩個面設備配置,使用變頻驅動可節省兩根電纜,考慮設備列車距工作面200米,節省MCP3300-3*70+1*25+4*4電纜約700米;

2.2 配件投入 目前125203工作面自2018年3月份開始投運,已工作8個多月,125205工作面自2018年9月份開始投運,工作3個多月。按照控制變量法,設定控制周期為100天,自125205工作面投運開始,兩個面配件投入對比如下:

按照物資配件價格,刮板單價約為2500元/個,橫梁單價約為280元/個,鏈輪單價約為280000元/個,

125203工作面配件投入為:2500*1+280*398+280000*2=673940元

125205工作面配件投入為:280*125=35000元

則按照100天為計,125205工作面比125203工作面配件少投入

673940-35000=638940元

2.3 設備運行 根據現場情況及人員實際,刮板雙斷更換一次至少影響8小時,一次至少需要10人處理,更換橫梁一次影響0.08小時,一次需要2人處理,更換鏈輪一次平均影響3.5小時,一次需要5人處理。

2.4 電能消耗 目前125205工作面變頻器采用恒轉矩模式,額定轉速1500r/min,假設變頻器運行正常后一直工作在1250r/min,每天平均工作20h,負載率按照80%計算,考慮每度電0.6元,則按照100天計算刮板機運行消耗為

855*2**80%*20*100*0.6=136.8萬元(228萬度)

125203工作面雙速電機按照工頻計算,每天同樣平均工作20h,負載率80%,每度電0.6元,則100天刮板機運行消耗為

855*2*80%*20*100*0.6=164.16萬元(273.6萬度)

則累計節約電費約164.16-136.8=27.36萬元(45.6萬度)

平均每月平均節約電度約15.2萬度,節約電費約9.12萬元。

2.5 優勢總結 綜上所述,對比兩個工作面刮板機運行情況及能耗情況,刮板機變頻驅動較雙速電機具備以下優勢:

1)節省電纜投資,省去兩根刮板機的動力電纜;

2)極大程度降低了刮板、橫梁、鏈輪的損耗,大大節省了材料消耗;

3)變頻器所帶的斷鏈保護、重載啟動、功率平衡功能,減少設備損耗,降低設備故障率,提高了人員工效;

4)具備重載起動的優勢,減少啟動電流對電網的沖擊,節約了電能消耗,功率因數得以提高,節能效果明顯。

3 結語

根據實際使用的3300V礦用隔爆兼本質安全型高壓組合變頻器,相比傳統雙速電機的驅動模式實現了系統平滑啟動,解決了刮板輸送機滿載難以啟動的問題,避免了傳統3300V供電的刮板輸送機在直接起動電動機時產生的5～7倍額定電流的大電流沖擊過程,大大減小了對電網的強大沖擊;同時減少了卡鏈、斷鏈、脫齒等故障的發生幾率。此系列產品的高可靠性已經在眾多客戶應用中得到充分驗證,并為煤礦客戶在提升井下安全、生產效率和節能降耗帶來幫助。