解讀變頻技術在煤礦機電設備應用及發展

＊姜春明

（山西華陽集團新景公司 山西 045000）

引言

煤炭行業是耗電大戶，其能耗成本占其產品成本非常大的比例，在煤炭企業中采煤機、運輸機、提升機、風機、水泵等設備都選用電機拖拽，其電能耗費和損失率很大。根據變頻器和交流電機的融合，完成對生產機械的傳動控制。變頻技術具備優良的環保節能效果和平緩的機械調整作用，在中國礦山開采機電設備中獲得愈來愈普遍的運用。文中則關鍵對變頻節能技術在我國煤礦機電設備中的運用進行了討論。

1.變頻技術簡述

伴隨著電力電子技術的持續發展，在世界能源緊缺的客觀因素影響下，變頻節能技術獲得了世界各國的重視，在我國，搭建節約型社會的號角聲極大促進了變頻節能技術在礦山開采、電力工程、機械設備等諸多領域的推廣。

變頻技術就是指根據更改交流電頻率的方法完成交流電流操縱的技術，變頻技術是應溝通交流電機無極變速的需要而問世的。它是一種無額外轉差耗損的高效率變速方法。因為變頻技術是依據電機的負荷轉變來完成本身的作用轉變，那樣就進一步提高了電機的效率，也降低了損耗。

2.變頻技術在煤礦機電設備中的運用

因為煤礦礦井標準繁雜環境艱苦，比如氣體濕冷、有毒有害物質外溢、瓦斯礦塵易燃易爆物品等，變頻技術在最開始仍未獲得煤礦的重視和運用，伴隨著煤礦礦井環境的改進及變頻技術的持續發展，另外煤礦機電設備的環保節能要求持續提高，變頻技術的優點獲得愈來愈多煤礦從業人員的關注，因而推動了其在煤礦機電設備中的運用。比如，我國已將變頻節能技術廣泛運用在斗提機、采煤機、帶式輸送機等機電設備中，使機器設備的電力工程耗費明顯降低，運行效率明顯提升，機器設備的維護保養花費也有一定的減少，經濟收益顯著提高。

（1）變頻技術在斗提機的運用。變頻技術在礦井提升機的運用關鍵選用了高壓變頻變速自動控制系統和PLC控制系統：第一，在斗提機電子控制系統設計中，高壓變頻變速自動控制系統，選用模塊串連多脈沖信號動能回饋型四象限高壓變頻控制系統，系統抗干擾性強。第二，斗提機電氣設備自動控制系統選用PLC控制，完成提高整個過程的位置操縱、速率控制、動態性界面監控和絞車系統軟件的各類維護作用，達到電磁兼容測試性的技術標準。

圖1

在我國中東部的井工煤礦中，立井提高機器設備廣泛運用，其24h連續運行，關系著煤炭、機器設備、原材料、工作人員的提升運送，對機器設備穩定性和安全系數規定極高，另外，因為機器設備的經常開停機運行及變速運行，非常容易引起各種故障，并且，在煤礦電力工程耗費中占比較大。而變頻技術的發展及運用，為煤礦提高機器設備處理穩定性及耗能很大的難題提供了處理方式。變頻技術在礦井提升機中的運用主要有兩種，一是可控制程序編寫控制系統；二是高壓變頻變速控制系統。可操縱程序編寫自動控制系統的應用可明顯提高通信系統的通信能力，確保系統的抗干擾性和穩定性，而高壓變頻變速自動控制系統則可充分運用變頻技術的優點，降低斗提機的電力工程耗費。

（2）變頻技術在水泵中的運用。多級泵是礦井中運用較多的另一種設備。電能運輸給水泵電機后，將電能變換為機械能，電機推動多級泵轉動，把礦井的水排在路面。因為水泵是在井底工作，環境十分惡劣，傳統的供電方法電機額定功率、工頻使它常常發生故障，大大增加了運作成本。一方面，水泵在工頻啟動時，運行電流大，電機電纜線的損耗很大，促使電機電纜線在運行過程中的反壓較高，使絕緣性能減少，每一次啟動都會減少水泵的使用壽命，嚴重縮短了水泵的使用期限；另一方面，水泵在正常工作中時普遍會出現電機負載率較低的問題，“大馬拉小車”的情況很嚴重。根據更改電機轉速，在減少出水量的同時，可合理減少系統軟件的電能耗損。

（3）變頻技術在煤礦通風機中的運用。主扇風機作為礦井主通風，每日24h不間斷運行。因為變頻器改造后離心風機能夠完成變頻軟啟動，防止了啟動電流的沖擊，風機的絕大多數工作時間都是在較低的速率下運作，因此大幅度降低了風機工作中的機械強度和電氣沖擊，大大的增加了風機的使用期限。

（4）變頻技術在煤礦采煤機中的運用。采煤機做為煤礦礦井的關鍵采煤設備，常工作在較為惡劣的環境之中。其所處環境一般粉塵很大，氣體空氣濕度較高。現階段，我國電牽引采煤機功率最大2×115kW，變頻器電壓380V，能量回饋型四象限運作的交流變頻變速煤礦開采技術處在全球領先地位，可以完成額定值轉速比之下穩定轉距變速，額定值轉速比之上穩定輸出功率變速及兩部變頻器中間的主從操縱和轉距均衡。

圖2

（5）變頻技術在煤礦帶式輸送機中的運用。現階段，在我國很多煤礦用的帶式輸送機除裝貨系統軟件應用外，礦井也有很多應用。因為眾多緣故，帶式輸送機長期都處在滿載或負載運作情況，電磁能消耗比較嚴重。若在帶式輸送機上安裝軟啟動器，可隨時隨地將電機造成的負力回饋到電力網中，降低發燙耗損，解決機械結構及電路系統的沖擊性難題，延長機器設備的使用期限，并能合理地節省電磁能。

現階段，變頻節能技術在煤礦機電設備中的運用已比較普遍，比如，除帶式輸送機外，在礦井綜掘機、空壓機、離心風機等機器設備中也有廣泛運用。此外，變頻技術還開發出泄露故障檢測系統，其強勁的語音及傳輸數據作用可使煤礦機器設備運行中的各種信號傳送更為便捷和精確。

3.變頻技術在煤礦機電設備的應用前景

(1)推廣

礦山中各種機電設備類型較多，只有處理好變頻器與設備之間的配對問題，才能更普遍的推廣。變頻技術在現階段運用僅僅局限在煤礦的部分機電設備，也有很大的發展空間，另外，煤礦企業對機電設備更新改造過程中需要很多對口變頻設備，提供大量先進可靠的技術和產品，進而增加變頻技術在煤礦的運用廣度和深度。

(2)需求量很大

我國礦山數量大，在機電設備的改造中必定需要很多變頻器，會極大促進變頻技術在礦山的發展。

(3)專業化提升

礦山開采有很多獨特工作環境，如礦井工作等，需要具備獨特作用的專業變頻器配備這種裝置。

(4)多功能、數字化的升級

電子信息技術日新月異，礦山更新改造過程中對變頻器的應用和控制也展現多種用途的發展，對變頻器的控制也會變成礦山網絡化管理中的一個關鍵步驟。

(5)梳理政策節能導向，占領綠色采掘主動權

節能減排、綠色采掘是煤礦改革發展的必然選擇，煤礦從業人員及有關人員應正確認識國家新政策導向，以《能源發展“十三五”規劃》為指導，加速技術引導和創新，提供有關政策支持，占領綠色采掘主動權。

(6)增加對變頻設備的科學合理管理

需從制度層面開展規范管理，對設備運用和維護提供良好的工作環境和制度保障，提升日常維修和維護，不同于一般設備，針對直流變頻設備應開展科學的維護保養，并做好檢測及記錄，另外還應提升其自動化控制和管理工作，從而完成變頻設備在礦山的網絡化和信息化集成化管理。

4.結語

變頻技術的應用和發展，不但能夠改變電動機供電的靈活性，另外還能夠依據具體負載需要調整機電設備的耗能方法，大幅度降低電能耗費，使設備更安全的運行，延長設備的使用期限，為煤礦機電設備的節能減排及高效應用確立了基礎及技術條件。其運用成效已基本明顯，但在我國煤礦領域，現階段仍處在解決過剩產能、改革提質增效的發展期中，如何完成煤炭能源的低能耗、低成本，仍然任重道遠。