防爆變頻器在井下皮帶運輸機使用中出現的故障與處理

＊宋文禮

（潞安化工集團余吾煤業公司 山西 046000）

礦井作業空間較特殊，作業中可能會發生瓦斯、煤塵爆炸風險，威脅作業人員人身安全，破壞開采及運輸設備。井下皮帶運輸機負責采出煤礦的運輸，應確保井下皮帶運輸機配置的變頻器具有防爆功能，提高井下作業安全性[1]。以下介紹防爆變頻器的基礎理論知識，探索防爆變頻器在井下皮帶運輸機中的使用，并以具體案例支持，闡述出現故障的解決方式，為相關煤礦安全生產運輸奠定基礎。

1.關于防爆變頻器

(1)原理

現代防爆變頻器以數字化、矢量控制技術支持，屬于變頻調速控制系統，在煤礦井下皮帶運輸機中應用廣泛，可采用變頻功能開啟電機，調速的過程構建變頻器和井下作業的聯系，明確變頻控制目標的，提高井下機電系統控制效果，保障煤礦井下安全作業。

(2)變頻調速

防爆變頻器都設變頻調速裝置，可實現自我保護、自我診斷，確保皮帶運輸機監控系統自動運行。通過了解變頻器運行過程，結合液晶顯示器顯示結果分析故障產生原因，及時自我診斷、報警，可迅速發現故障并解決。防爆變頻器自我診斷及保護過程可完整記錄并存檔，便于日后維護分析[2]。防爆變頻器還具備電壓控制及限流功能，防爆變頻器電壓輸入范圍廣，因此可通過電壓反饋、自動調節保證電壓輸出有效性。防爆變頻器自我調節電壓并不受電網電壓、負載影響，啟動變頻器后，電流瞬間無變化，運行穩定后，電流及力矩也相對恒定，可避免電子元件受到破壞，避免電網沖擊機械。

2.防爆變頻器在井下皮帶運輸機中的使用

(1)軟啟動特性避免阻力突變

井下皮帶運輸機運轉伴隨采礦進度不同不斷移動，受交流電影響，運輸機可能出現驅動張力數據波動。導致數據波動主要是黏彈性變形，井下皮帶運輸機啟動瞬間，自身阻力從靜態轉為動態，帶動設備運轉。阻力突變導致動張力隨之變化，故需詳細分析啟動造成的沖擊，確保啟動中井下皮帶運輸機平穩運行。可采用防爆變頻器控制運輸機軟啟動，使系統啟動時間變得可控，避免軟啟動特點導致設備出現阻力突變。

(2)變頻器速度控制電機速度差

井下皮帶運輸機運作以驅動系統調整雙滾筒、多滾筒，以電機拖動滾筒運作，也控制滾筒系統運行。在此過程中應設防爆變頻器，保護電機出現故障，應確保不同系統電機運行速度差異不影響系統聯動[3]。此外需發揮變頻器變速作用，控制電機運行速度差處于合理范圍，優化電流值，確保電機電流處于穩定狀態。

(3)變頻器無級調速

防爆變頻器無級調速可實現對井下皮帶運輸機的常規故障檢修維護，檢修中將井下皮帶運輸機運行速度降低到安全值（較小），而同時也保障設備在空載狀態下正常運轉，之后展開技術性檢驗，及時發現問題。防爆變頻器的無級調速可實現該技術應用過程，其檢驗技術應用過程有效性突出。

3.防爆變頻器在井下皮帶運輸機使用中的故障

A煤礦五采區裝備3臺SSPJ-800皮帶運輸機，單臺均長1500m，采用ZJT-30防爆變頻器實現運輸機正常啟動、調速，各皮帶運輸機采用2臺防爆變頻器連鎖控制。

(1)故障發生

安裝調試設備運行正常，但作業一個月后，某日2臺變頻器正常停車，再開車無法啟動，外觀檢查發現設定面板顯示“OC”，設備過電流，但復位后仍無法打開，設定面板只有“OC”，打開前蓋發現有濃烈焦糊味。請廠商技術人員檢查，發現設備一個IGBT中間相損壞，更換后設備可正常運行。而后不久，發現2號變頻器設定面板又出現“OC”，設備癱瘓。由廠商技術人員檢查后，此次發現輸入端整流橋炸裂，IGBT損害。隨后60天里，變頻器間斷異常4次，故障現象基本相同。

(2)故障分析及解決

變頻器多次故障，廠商技術組對故障進行全面分析，最后得出，該設備位于井下主回風巷中，巷道濕度較大，而防爆變頻器運行散熱較多，停車后迅速冷卻。故防爆變頻器啟停過程中，空氣熱交換較多，設備內部容易產生凝露，進而導致變頻器電路出現短路，出現放電，導致設備損壞。

為解決此問題，其重點在于防潮，但一般性防潮的效果并不明顯，防爆變頻器屬于特殊設備，需落實專門的防潮保護。而后技術人員設計在巷道中設置峒室，將變頻起動放置到硐室內，起到隔離保護的作用，并在硐室內設置多個防爆燈，確保硐室內部干燥性。設計完成，后期該礦區正常開采，防爆變頻器再未發生故障。

4.防爆變頻器在井下皮帶運輸機使用案例

(1)故障產生

煤礦能源有限公司為提高礦井下開采運輸效率，特采用防爆變頻器支持控制，重視礦井下皮帶運輸機針對拖動技術的各項要求，如控制要簡潔方便、要有良好啟動轉矩、啟動性、調速性能要突出等。將防爆變頻器應用到皮帶運輸機控制中，整體來看運輸機驅動方式為系統配置驅動，結合防爆固態軟啟動系統和液力耦合器分別兩臺，在CST驅動裝置上，設置CST兩臺、磁力啟動器兩臺和一套控制系統。

在防爆變頻器使用過程中，近半年時間發現其出現多次輔助設備防爆低壓開關故障，變頻器PLC接口燒壞，影響正常井下作業及運輸。經查明發現主要是開關阻容保護導致過電壓，進而導致發生阻容爆炸，弧光短路導致PLC接口竄入電壓。變頻器使用過程中會產生諧波，其輸入端和輸出端都會產生高次諧波，變頻器、晶閘管供電、直流電機、無換向器、電動機等都存在非線性引起的諧波，在該案例故障中，其故障主要是輔助設備和一臺變頻器共用一個移動變電站導致變頻器的諧波反饋到電網輔助設備開關造成開關阻容。

(2)故障解決及技術優化

為解決該故障，提出重新安裝一臺移動變電站，專門用于輔助設備的負荷，進而控制變頻器諧波對輔助設備開關的影響，原本變頻器內部的PRC輸出端配置光電隔離珊，減少外部輸出對內部設備的影響。經處理后設備投入運行，變頻器至今未發生過故障，設備運行效果明顯。除此之外，為提高井下皮帶運輸機的運行效率，優化控制以實現節能環保，特提出對變頻器系統做以下技術優化。

該公司在防爆變頻調速裝置上采取無速度傳感器支持，結合矢量控制方式，可實現對磁場定向適量的精準性控制，再配合現場的異步電機精準測速設備，可以在井下皮帶傳輸機上安裝好先進惡俗裝置，平衡系統的維護量。整體系統采用無速度傳感器矢量控制，可以由工作人員輸入電機參數，控制勵磁電流控制量，對其分析。一般勵磁功率為電機功率的3%-5%。之后通過控制電動機定子繞組電壓頻率，保證勵磁電流、轉矩電流指令值等到位，輸出正常的轉矩，最終實現矢量控制。在該控制過程中，無速度傳感器矢量控制可以匹配直流電機，控制變頻器調速，構建針對皮帶傳輸機穩定性的異步電機轉矩技術體系，可實現電機低頻運行額定轉矩輸出控制。

該煤礦能源有限公司使用軟啟動、軟停止優化皮帶輸送機驅動，但是皮帶本身具有一定彈性，其負載運行中慣性突出，輸送機工作中避免不了加速度及停車減速度有一定速度差，要控制產生的速度差，也是對皮帶儲存能量值的控制，保證運輸機平穩的運輸，該煤礦能源有限公司選擇以S型為支持的加速曲線調整皮帶運輸機平穩重載啟動能力，構建變頻調速系統，保障防爆變頻器在空載狀態下的額定帶速度也達5%-100%。

功率平衡上，為避免防爆變頻器發生故障，采用雙滾筒驅動裝置支持，在設備同步滾筒位置構建同步啟停裝置，使電機故障可以合理停機，也發揮系統內的同步性能，保證系統運輸能力滿足需求。可以調整對應變頻器，增加或減少驅動電動機電流差異數據，也可通過變頻器系統構建單獨的控制系統，強化對電機速度及電流值的控制，使其最大限度趨于平衡狀態，構建動態化的功率平衡系統。

在該煤礦能源有限公司的煤礦井下作業中，運用4x220kW皮帶運輸機，同時配置4臺防爆變頻調速裝置，設備啟動時間為70s，最大的起動轉矩為200%的額定轉矩，設備可正常軟啟動，未出現上文出現的問題，且系統的年節電量達到60萬度電。相關技術人員考慮到皮帶運輸機屬于直起動設備，在其投入使用之前運輸機系統、驅動電機故障提前分析，避免使用過程中產生諸多故障，大大降低了后期維護費用，降低了故障停機時間，為開采作業帶來莫大便利，也提高了煤礦能源有限公司的整體經濟效益。

5.結束語

綜上所述，防爆變頻器以及自身穩定性和平衡性受到工業生產行業青睞。在煤礦開采行業，伴隨皮帶運輸機的廣泛應用，如何更合理的使用防爆變頻器，提高皮帶運輸機運行綜合效果成為煤礦開采部門需注意的主要問題之一，要注意防爆變頻器在實際使用中可能出現的故障問題，了解故障原因，保證可在最短時間內解決問題。尤其要注意以技術優化的方式，提高防爆變頻器運行整體效率，著眼于煤礦開采行業的長久發展，為煤礦輸送工作的高效性做深入研究。