刮板輸送機變頻電機一體化驅動改造

王晉強

（晉能控股煤業集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

岳城煤礦綜采工作面刮板輸送機電機驅動為液力耦合器，不但日常維護工作量大，而且軟啟動功率不高，曾出現刮板輸送機煤量過大燒壞電機等狀況。同時由于變頻設備存在較大諧波干擾，對其他采煤設備和供電電纜布置均存在較大干擾。針對此類問題，德國保越電機有限公司研發出了變頻一體電機，使變頻器和電機有效整合[1]，具有一定的推廣應用價值。

1 現場概況

岳城礦綜采工作面使用SGZ1000/3×855 刮板機，配套的562DTPKWL2（福伊特進口）調速型液力偶合器和配套控制系統；電機為額定電壓3300 V的YBSS-855 電機，6.5 倍額定電流，2.5 倍額定轉矩；減速器采用HB 公司KPL（PL）-45 型減速器，速比1:39，最大輸出扭矩550 kN·m（峰值時間3 s），最大功率880 kW。液力耦合器設備結構復雜，組件多，所需的維護量大；耗材和維護成本太高，對傳動液的質量要求高，消耗數量大，需要定期換油換水；軟啟動和功率平衡效果不佳，軟啟動效率和功率平衡水平較低，所以往往需要選擇大功率的驅動才能達到重載啟動。為了解決上述問題，岳城礦決定對刮板輸送機驅動進行變頻一體化改造，實現變頻器和電機的有效整合，有效解決液力耦合器的弊端和維護時間長等問題，實現大功率重型裝備真正意義上的“軟啟動”。

2 改造方案

變頻一體化電機選擇德國保越公司生產的dksWaH78UM/4-4 1000 kW、3300 V 變頻一體電機，在滿足原有刮板機驅動部空間的情況下，設計變頻一體機尺寸。機械安裝配置上選擇變頻一體電機+連接罩筒+梅花彈性聯軸器+減速器+張緊裝置的配置方式[2]。外部集控上選擇天津華寧KTC101 監控系統，在對工作面實施數據控制、音頻控制以及工作面急停閉鎖的同時，加入對變頻一體電機的參數顯示和參數設定的功能。本次改造只針對原刮板輸送機驅動部做技術改進，研究開發了工作電壓等級為3300 V 的變頻電機一體化裝備，替代原來的普通電機和液力耦合器，驅動數量與原來保持一致。電機功率根據刮板輸送機能力進行重新選型計算，要求輸送能力不小于2500 t/h，不影響原刮板輸送機機頭部及機尾部結構件，滿足結構件的受力要求，同時在空間上要符合現有尺寸，滿足配套要求。

3 改造重點

3.1 外觀改造

變頻一體電機為新采購設備，減速器和張緊裝置利用原驅動裝置上的，連接罩筒、梅花彈性聯軸器為新設計配置。因驅動裝置結構發生變化，需對驅動裝置處的護罩支腿進行重新設計制作。支腿重新制作后，地面至頂蓋上平面最大高度為2030 mm。變頻一體電機驅動改造明細見表1。

表1 變頻一體電機驅動改造明細

如圖1，機頭尾驅動與機頭尾組件配套的相關改造件包括減速器與鏈輪組件之間的聯軸器、連接罩筒，驅動裝置和機頭尾架體連接的連接墊架，所有驅動裝置的護罩，因配套尺寸變化而引起的機頭尾推移裝置等。

圖1 變頻一體電機驅動改造效果圖（mm）

3.2 線路改造

原系統為分體變頻+電機，對地漏電很難檢測，且由于電機電纜太長的電磁干擾，獨立變頻器大部分安裝不了電機的實際速度監視器，這樣導致了變頻器的調速范圍很窄，無法在低速500 rpm 以下較長時間內工作。

如圖2，線路改造后整合了電機的線纜，增加了整流單元、濾波單元、逆變單元和無功補償單元，實現了任何條件下的對地漏電檢測；驅動的電氣部分與電機相匹配，能夠知道電機在任何時候的工作狀態，還可以在低速度下進行無限時間的操作（全速控制）；刮板機及其輔助設備不需要很大的安裝空間，不需要技術人員的監督，檢修成本相對較低。

圖2 變頻一體電機線路圖

3.3 結構改造

在變頻一體機VFM 中變頻器和變頻電機相配套，形成一個整體。一體機中的變頻電機加強了槽絕緣，一是絕緣材料加強，二是加大槽絕緣的厚度，以提高承受高頻電壓的水平。一體機中與變頻器配套的變頻電機通常考慮了散熱、高速運轉的動態平衡和軸承的承受能力問題，減小了諧波損耗，效率提高[3]。對于用戶來說，一體機省去了與變頻器配套的電機選型、采購、安裝等中間環節，省時省力。變頻一體機可以節省器材，例如電抗器、連接電纜等，而且體積較小，便于安裝調試，在通常毋須太多其他高級變頻功能的井下非常適用。變頻一體機在刮板機的使用，使得鏈條、鏈輪齒、接鏈環、刮板的磨損更小，延長了設備的使用壽命；平均運行速度降速20%，將會使刮板壽命增加25%。

4 現場試驗

項目于2018 年9 月在地面進行設備組裝配套調試運行，于2019 年3 月開始在岳城礦4321 工作面進行井下試驗，于2019 年4 月25 日安裝調試完畢，2019 年4 月26 日進行試采，截至2019 年8 月10 日，岳城礦4321 大采高工作面進行了300 m 回采。試驗結果表明，變頻一體機加減速時間能夠在0～1800 s 連續可調，輸送機啟動平穩，能夠滿足工作面生產需求。

5 效益分析

每套刮板機延長鏈條、鏈輪、刮板使用壽命按30%計算，節省開采成本300 萬元/年；一個工作面按照平均速度70%計算，一年節電3 120 750 kW·h，電價按0.5 元計算，可節約電費156 萬元。減少維護和故障時間，經濟效益非常可觀。

6 結論

（1）安全可靠。變頻一體機加減速時間在0～1800 s 連續可調，保證刮板輸送機啟動平穩，無機械沖擊和電氣沖擊，利于現場設備及人身安全。

（2）啟動平穩。通過不同的設置加減速時間證明電機具備任意設定加減速時間的功能，保證刮板機平穩啟動和停止，減少機械沖擊。

（3）斷鏈保護。根據鏈條強度設置最大轉矩限制值，減少斷鏈事故的發生；設置轉矩下限保護值，實現斷鏈自動停機保護。