辛置煤礦帶式輸送機智能變頻調速系統的改造應用

李 琳

(霍州煤電集團有限責任公司，山西 霍州 031400)

由于煤礦生產環境的特殊性，在煤炭的生產過程中存在煤炭輸送量變化較大的情況，而電動機往往只是在工頻[1]運行，不能根據負荷的變化進行實時調節，甚至有時候空載運行，導致設備實際效率很低[2-3]，電能被大量浪費，設備的無功損耗巨大。

1 帶式輸送機智能調速變頻控制的目標

為提高辛置煤礦帶式輸送機運輸系統的整體效率，在實現帶式輸送機運輸的高效、節能化同時，降低噸煤能耗的目的，針對辛置煤礦井主運輸線路長、電機設備轉化效率低等問題，通過調查影響帶式輸送機耗能的關鍵因素和可控環節，結合礦井帶式輸送機運輸實際開展現場試驗，經過數據對比和論證、優化和調整節能系統，解決膠帶機速度無極調節的問題，實現了電頻設備工效最大化。

2 工程背景

2.1 辛置煤礦帶式輸送機運輸系統簡介

辛置煤礦東區現有1部強力帶式輸送機、3部重型帶式輸送機，南區現有5部強力、1部重型帶式輸送機，僅南區4部強力帶式輸送機,總長度達6 676 m,總功率達2 920 kW·h，帶式輸送機運輸產生的費用是一筆不小的開支。

2.2 能耗情況原因分析

辛置煤礦強力帶式輸送機改造前能耗主要存在：主運輸線路長、電機設備轉化效率低；強力帶式輸送機采用雙變頻器啟動，正常功頻運行，“大馬拉小車”能耗嚴重；帶式輸送機啟動順序先下部后上部，下行膠帶空載等待時間長，浪費能源極其嚴重，下行設備在不同時間段空轉運行等待上流物料，產生無謂的粉塵及噪音，存在“逆煤流”啟動;電機設備自動化、智能化控制系統發展慢，缺少有效的自動化管理系統，以“空載運行”大耗能方式滿足生產等問題，總之膠帶電機“變頻器”未能真正體現其正常的功能價值，功耗降低、節能運行方面效果差。

由于主運輸線路長、電機設備轉化效率低，高效、節能發展空間大[4-5]，除了要加強膠帶運輸管理，保證設備運輸正常、高效運轉外，有必要通過實施膠帶速度節能技術的研究，增設根據煤量大小自調速節能控制系統，提高膠帶運輸系統的整體效率，實現節能、降耗、增效，降低噸煤能耗的目的。

3 解決問題的關鍵及實施方案

為保證系統的穩定性和可互換性，著重解決PLC防爆箱內的節能主控器件對現場各電機的運行電壓、電流、頻率、膠帶速度等數據采集、設備控制、通訊組網、膠帶保護主機和環網交換機的連接等技術難點，自動準確監測膠帶運行過程“多煤快運、無煤慢運”狀態，并將電機匹配到最佳的變頻效果，充分發揮了變頻器的變頻能力。

3.1 解決問題的關鍵

研究PLC防爆控制箱選取指標，實現用于防爆變頻器的自動控制和監測；研究帶式輸送機集控(保護)系統指令控制系統，實現變頻器拖動電機從零速開始軟啟動，至達到額定速度研究；研究自PLC控制箱在接收信號至料流傳感器監測膠帶上實時煤量期間，PLC虛擬信號和膠帶機轉速轉化；檢測料流傳感信號準確性，確保膠帶機速度控制可靠、穩定；結合礦井帶式輸送機運輸現狀，對礦井強力帶式輸送機運輸機進行節能改造，實現帶式輸送機在變頻器拖動下的節能運行。

3.2 實施方案

綜合分析該礦南區4部帶式輸送機現狀及運行情況，要實現節能控制系統運行，同時在系統原有帶式輸送機綜合保護裝置各種功能不變情況下，為實現帶式輸送機運輸系統的節能，通過增加“PLC防爆控制箱、速度傳感器、料流傳感器、開停傳感器、就地控制箱、防爆電源箱、電纜”七項設備，見圖1和圖2，利用“料流傳感器”與防爆變頻器相配合，利用控制系統通過實時監測帶式輸送機上運輸煤量大小，實現煤量大小與帶式輸送機速度實時在線自動調速的功能，即達到“煤多快轉、煤少慢轉”的目的，以實現節能控制的目的。

圖1 帶式輸送機變頻節能控制裝置配置

圖2 料流傳感器安裝示意(mm)

4 功效對比及效益

4.1 功效對比

改造后的帶式輸送機運輸系統，可充分發揮帶式輸送機變頻器的節能降耗使用功能，同時可避免產生涌浪電壓、電流，對各類電器設備及電纜線路，產生一定保護作用，在節電方面可起到良好效果，據統計(表1)，該礦南區4部膠帶安裝了該節能系統，4條膠帶運轉(雙機)半載與空載狀況下節能運行，節約用電486 kW·h，年節約用電1 749 600 kW·h，節約費用69.984萬元/a。

表1 辛置煤礦南區帶式輸送機工作狀態電流顯示對比

4.2 社會效益

通過智能變頻調節帶式輸送機運輸速度，帶式輸送機運輸管理系統初步達到智能化管理，達到了預期節能、降耗、增效，降低噸煤能耗目的，帶式輸送機運行過程時，在帶式輸送機變頻器利用、電機磨損、配套托輥磨損、節省電耗等方面，產生了長期、穩定的效益。