變頻器系統在煤礦刮板輸送機中的應用

張東焱 張明棟

山東能源重型裝備制造集團有限責任公司新汶分公司 山東泰安 271219

目前，我國煤礦綜采工作面朝著高產量、自動化、智能化、節約化的方向發展，其中刮板輸送機的運煤效率直接影響著煤炭的產量。現階段刮板輸送機電機的供電電壓已經達到3300V，裝機功率也在不斷增大，為煤炭的大量產出提供了可能。但由于采煤工作面地質條件復雜，生產環境惡劣，在生產過程中，刮板輸送機頻繁重載啟動，且經常有大塊矸石或者錨桿落入機道中，造成卡鏈或阻滯故障的發生，如不能及時發現就會造成刮板輸送機電機燒毀以及斷鏈等事故。因此，如何快速啟動刮板輸送機，并且根據煤量均衡調速、平穩運行已經成為當前研究的重點課題。

1 刮板輸送機變頻器系統

以同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司14402工作面為例，該工作面平均煤層厚度為6m，一次采全高。采用SGz1000／3＊855型刮板輸送機，設計長度為300m，煤炭輸送量為2500T／H，刮板鏈速為1.35 m／S。刮板輸送機頭部和尾部分別布置2臺和1臺855KW礦用隔爆型高壓變頻調速三相異步電動機。采用兩臺BPJV-2＊855／3.3型變頻器控制電動機。由2臺連接組別為D y 11D0的KBzSG-zY-2500／10／2＊1905型礦用隔爆型交流移動變電站向變頻器供電。變頻器和移動變電站位于設備列車上，距工作面約230 m，隨工作面的推進而移動。

2 變頻器硬件設計分析

2.1 主回路設計分析

該變頻器為交-直-交電壓源型變頻器。經△型輸入電壓和Y型輸入電壓疊加產生交流電壓，再經真空交流接觸器到整流單元，轉換成直流電，通過濾波單元濾波后，再經過功率模塊和控制電路組成的逆變單元將該直流電逆變成為輸出頻率范圍為0～200Hz可調的AC3300V交流電壓。控制單元包括主控器、數字處理單元、調制模塊和檢測模塊。主控器是變頻器的控制核心，能夠處理各類信息，并發出各種控制指令，通過CAN總線與檢測模塊和顯示模塊進行通信，可將檢測模塊檢測到的鍵盤動作、各種數字量和模擬連發的輸入輸出以及溫度信號反應到顯示模塊中，以便人機交互[1]。

2.2 控制回路設計分析

為了能夠遠方控制變頻器啟停，采用KJF21型礦用監測控制分站與變頻器連接。輸送機啟動時，主變頻器中的主機先啟動，經0.5S后從機啟動，此時刮板輸送機開始低速轉動，再經10S后從變頻器啟動，刮板輸送機開始加速，直至達到預定轉速。采用機尾先于機頭啟動的方式主要基于以下兩個原因：一是為了減小刮板輸送機啟動時對電網的沖擊；二是為了消除刮板輸送機底部鏈條出現存鏈而造成鏈條阻卡的可能性。系統采用簡單邏輯先導方式，該啟動方式能夠防止電纜短路造成的變頻器誤啟動。在先導啟停回路中串入兩個并聯二極管是為了提高先導啟動回路的可靠性，降低流經二極管的電流，降低二極管被燒毀的概率。

2.3 變頻器冷卻系統設計分析

該變頻器分有整流腔室、逆變腔室1和逆變腔室2。變頻器在工作過程中，各個功率器件會產生大量的熱量，因而采用獨立冷卻的方式。冷卻水從各自水冷板的下方進水，出水口位于水冷板上方。溫度傳感器由熱敏電阻構成，位于3個水冷板內，電阻值隨水溫變化而變化，變化值通過光纖傳入主控器中，由主控器控制相應的電動球閥動作，以保證各腔室溫度處于正常范圍之內，電動球閥的開啟動作溫度設置為50℃，關閉動作溫度為30℃。電動球閥的供電電壓為DC24V，當溫度超過50℃時，主控器通過控制相應的常開觸點閉合，電動球閥打開；當溫度值降至30℃時，主控器控制相應常開觸點打開，電動球閥關閉。

3 變頻器流程設計分析

3.1 參數設置流程設計

為了使變頻器系統的各項保護功能正常有效地工作，必須對其各項參數進行合理的調整和設置。在設置參數值之前必須保證變頻器“急停”按鍵按下，以保證變頻器處于停止工作狀態，隨后可進行參數調節的步驟。首先正確輸入密碼，進入參數調節界面，之后選擇所要調節參數的類型。數值型參數必須在最值范圍內設置，若超出規定范圍，則參數不能保存。布爾型參數通過“上翻”、“下翻”鍵進行選擇。最后按“退出”鍵保存設置的參數。

3.2 運行流程設計

為了使變頻器系統正常運行，需對運行狀態進行實時監測。當啟動信號發出后，變頻器會自動監測系統中是否有內部和外部急停，內部急停是指變頻器本身急停，外部急停是指KJF21型礦用監測控制分站以及分站沿線的急停信號，如果無急停信號，則開機就緒。系統實時監測線路絕緣值，若該值低于100千歐，說明電動機或者連接電纜有漏電現象，變頻器不能啟動。變頻器整流側主接觸器閉合后，直流母線電壓會因電容充電而升高，若該電壓值高于DC5500V，變頻器停止工作，系統過壓保護，逆變側無電壓輸出。當變頻器溫度超到75℃時，變頻器停止工作。刮板輸送機啟動后，變頻器輸出電壓頻率會逐漸增大，刮板輸送機加速運轉，變頻器開始監測電動機是否達到最大轉矩，若超過最大轉矩，變頻器停機保護。未達到最大轉矩，則刮板輸送機繼續加速運行。10s后如果輸送機未達到滿速運行，則變頻器停機。刮板輸送機達到滿速運行后，變頻器繼續監測轉矩變化，當轉矩變化率超過設定值，說明電機轉矩急劇上升，則認為刮板輸送機發生斷鏈事故，變頻器停機保護[2]。

4 結語

目前，在刮板輸送機3種主要啟動運行方式中，變頻器啟動運行方式以其傳動效率高、啟動時間短、調速范圍寬和對電網的沖擊小等優點，得到了越來越廣泛的應用，成為了未來刮板輸送機啟動運行方式的主要發展方向。變頻器系統首次運用到同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司14402工作面，相比于早期工作面，煤炭產量有了大幅提高。