智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

劉海波

（山西焦煤汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033000）

引言

部分生產(chǎn)能力較高的煤礦布置的帶式輸送機(jī)運(yùn)輸距離普遍在1 000 m 以上，輸送帶寬度也由以往的1.0～1.2 m 擴(kuò)展至1.4～2.0 m，輸送機(jī)運(yùn)輸量達(dá)到2 500 t/h 以上[1]。大運(yùn)量帶式輸送機(jī)應(yīng)用雖然可滿足煤炭運(yùn)輸需要，但是給輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出了更高的要求[2]。眾多的研究學(xué)者對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)展開研究，其中陳艷等[3]提出采用CST 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后雖然可滿足生產(chǎn)需要，但是由于布置的傳感器類型、數(shù)量較多，也存在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性以及穩(wěn)定性不足等問題；張更業(yè)[4]提出將變頻器調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用到帶式輸送機(jī)控制中，但是由于采用傳統(tǒng)的異步電機(jī)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為此，提出將智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)中，并對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行具體闡述，以期能在一定程度上提升煤礦帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)工作效率。

1 某礦11506 工作面概況

山西某礦11506 工作面開采11 號(hào)煤層，煤層厚度平均5.9 m，賦存穩(wěn)定，采用綜放開采工藝，工作面回采巷道長(zhǎng)度平均2 560 m。礦井以往采面帶式輸送機(jī)運(yùn)輸均采用傳統(tǒng)的液力耦合器啟動(dòng)方式，在啟動(dòng)過程中存在電壓波動(dòng)幅度大、設(shè)備故障率高以及電氣、機(jī)械沖擊嚴(yán)重等問題，已不能滿足采面煤炭高效運(yùn)輸需要。經(jīng)過考察分析，礦井決定引用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)用以控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行。

2 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及運(yùn)行監(jiān)控

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

11506 工作面運(yùn)輸巷內(nèi)布置的帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度為2 563.5 m，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為2 臺(tái)永磁同步電機(jī)（型號(hào)TBVF-630YC），電機(jī)直接帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)，采用2臺(tái)變頻器（型號(hào)BPJ1-800/1140）為永磁同步電機(jī)變頻電流，變頻器供電電源為2 臺(tái)移動(dòng)變壓器（型號(hào)KBSGZY-1600/10/1.14），2 臺(tái)組合開關(guān)控制冷卻系統(tǒng)（FS700L-65B）運(yùn)行。帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行通過KTC101 智能控制系統(tǒng)控制，具體工作流程為：控制系統(tǒng)控制指令通過可編程控制器（型號(hào)KXJ127）控制變頻器以及組合開關(guān)啟停[5]。具體智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)

KTC101 智能控制系統(tǒng)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行的各類信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若未接收到急停信號(hào)且輸送機(jī)沿線布置的溫度、煙霧、堆煤以及跑偏等各傳感器監(jiān)測(cè)值均在正常范圍時(shí)，表明輸送機(jī)具備啟動(dòng)條件，按下啟動(dòng)鍵后啟動(dòng)指令發(fā)送給可編程控制器[6]。可編程控制器在確定變頻器無故障、永磁電機(jī)內(nèi)部溫度信號(hào)正常后，首先啟動(dòng)1 號(hào)、2 號(hào)冷卻系統(tǒng)，通過光纖將啟動(dòng)信號(hào)傳輸給變頻器，變頻器啟動(dòng)帶動(dòng)永磁電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并在預(yù)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

2.2 運(yùn)行監(jiān)測(cè)

運(yùn)行監(jiān)控是確保智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)持續(xù)高效運(yùn)行的基礎(chǔ)，具體系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)流程見下頁(yè)圖2。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)流程

KTC101 智能控制系統(tǒng)接收到的帶式輸送沿線各傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)均正常時(shí)，且未收到急停信號(hào)，即可向可編程控制器發(fā)出啟動(dòng)指令，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)。在啟動(dòng)過程中變頻器內(nèi)部無緊急情況且光纖通信均正常時(shí)方可正常啟動(dòng)。當(dāng)變頻器系統(tǒng)絕緣在1 MΩ 以上且電壓在969～1 311 V 范圍內(nèi)時(shí)，變頻器主接觸開關(guān)（KM1）自動(dòng)閉合；中間直流電壓介于1.35U1max～0.6U1min（其中U1max、U1mim分別表示直流電壓1 210 V、425 V），電壓脈動(dòng)在13%以內(nèi)時(shí)，觸發(fā)器工作，驅(qū)動(dòng)IGBT 運(yùn)行，變頻器輸出的電流頻率增加、永磁電機(jī)處于加速運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)永磁電機(jī)運(yùn)行速度達(dá)到設(shè)定值后，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正常運(yùn)行。若驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)未達(dá)到設(shè)定速度，則停止啟動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，若發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載現(xiàn)在增加且轉(zhuǎn)矩超過設(shè)定值時(shí)，則認(rèn)為電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)故障，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)停止運(yùn)行。

當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)瞬間掉電時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)可利用電動(dòng)機(jī)動(dòng)能維持繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻器主接觸器仍處于吸合狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電后即可投入正常運(yùn)行。

3 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)應(yīng)用分析

3.1 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造

將11506 工作面運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改為永磁電機(jī)直接帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾筒運(yùn)行方式，同時(shí)為了降低運(yùn)輸過程中粉塵、煤泥等對(duì)智能永磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)影響，將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置在距離輸送機(jī)機(jī)頭150 m 位置。采用2 臺(tái)型號(hào)TBVF-500/80YC（660/1140）永磁電機(jī)、2 臺(tái)型號(hào)BPJ-630/1140 變頻器帶動(dòng)滾筒運(yùn)行。采用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)后電動(dòng)機(jī)通過脹套連接驅(qū)動(dòng)滾筒，在變頻器拖動(dòng)下運(yùn)行。不僅可實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)輸送機(jī)軟啟動(dòng)而且可根據(jù)煤炭運(yùn)輸量調(diào)整帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度。

3.2 應(yīng)用效果分析

11506 工作面運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)于2020 年8 月安裝調(diào)試完成，截止到2021 年1 月，該智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)均可正常運(yùn)行，未出現(xiàn)任何故障。KTC101 智能控制系統(tǒng)可根據(jù)沿線布置的傳感器控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行，表現(xiàn)出較好的應(yīng)用效果。

帶式輸送機(jī)年運(yùn)行時(shí)間為360 d、每天運(yùn)行時(shí)間為16 h，電費(fèi)為1.0 元/kWh，則傳統(tǒng)的液力耦合器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)應(yīng)用效果對(duì)比情況見表1。

表1 液力耦合器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)比表

從表1 看出，采用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)后帶動(dòng)輸送驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率較液力耦合器驅(qū)系統(tǒng)高42.1%；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按照10 年使用周期計(jì)算，采用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)較傳統(tǒng)的液力耦合器驅(qū)系統(tǒng)可節(jié)省投入為3 821.4 萬(wàn)元。

4 結(jié)論

1）智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)較傳統(tǒng)的液力耦合器驅(qū)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在井下使用過程中可顯著降低帶式輸送機(jī)綜合能耗以及運(yùn)輸成本。

2）KTC101 智能控制系統(tǒng)可接收帶式輸送機(jī)沿線布置的各類安全傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果，提升帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全保障能力，且可依據(jù)輸送機(jī)煤炭運(yùn)輸量調(diào)整驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸入功率，從而降低綜合使用成本。

3）智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)在11506 工作面運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)上運(yùn)行平穩(wěn)，系統(tǒng)穩(wěn)定性較強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)，在一定程度上提升了采面煤炭運(yùn)輸效率。