高壓變頻裝置在綜放工作面刮板輸送機上的應用

黃賢鋒

（山東兗礦設計咨詢有限公司， 山東 鄒城 273500）

引言

煤礦綜放工作面刮板輸送機傳統(tǒng)啟動運行方式大多采用高低速模式，該模式下電機啟動瞬間往往形成數(shù)倍于正常工作狀態(tài)下的沖擊負荷和沖擊電流，給設備機械、電氣部件帶來較大損傷，啟動頻繁時更是容易造成電機燒壞等現(xiàn)象，從而大大降低了設備使用壽命。隨著液力耦合器式軟啟動CST[1-2]、減速器輸出可控軟啟動TTT[3]等模式在刮板輸送機上的運用，雖然解決了以上問題，但在設備重載啟動、無級調(diào)速、節(jié)能運行及運行維護上仍然存在不足。

趙樓煤礦5302 綜放工作面前部刮板輸送機采用新型ZJT4-1600/3.3 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓交流變頻調(diào)速裝置（以下簡稱變頻器）啟動運行模式，既不會對設備本身和電纜造成沖擊傷害，又能實現(xiàn)設備的無級調(diào)速、節(jié)能運行，且維護方便，可以在設備壓車等復雜生產(chǎn)狀況下重載啟動[4]。目前5302綜放工作面已進入末采階段，前部刮板輸送機變頻器的使用是兗礦集團千米深井第一次嘗試，既大大降低了設備故障率，又為將來高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井發(fā)展指明了方向。

1 變頻器使用簡介

ZJT4-1600/3.3 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓交流變頻調(diào)速裝置適用于交流50 Hz、電壓3 300 V、功率1 600 kW 及以下三相交流異步電動機調(diào)速控制。

變頻器為兩象限運行變頻器，適用于煤礦井下存在瓦斯、煤塵爆炸危險的惡劣環(huán)境中，可用于膠帶運輸機、刮板輸送機、風機、水泵等類似場合，不能用于絞車提升等四象限運行場合。

產(chǎn)品由ZLJ4-1600/3.3 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓整流器和NJ4-1600/3.3 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓逆變器組成。

1.1 產(chǎn)品特點

該變頻器具有過載、短路、過電壓、欠電壓、缺相、過熱、漏電、接地等保護功能，且配有10 寸彩色顯示屏實時顯示各工況狀態(tài)。本產(chǎn)品采用四電平IGBT 拓撲結構，使得輸出電壓波形逼近正弦波，從而提高輸出轉(zhuǎn)矩，降低電機噪聲和發(fā)熱量，延長電機使用壽命。

本產(chǎn)品具有啟動電流小、啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動平穩(wěn)等特點，能實現(xiàn)異步交流電機在各種負載情況下的平滑啟動、調(diào)速、軟停車等功能，降低電氣及機械的啟動沖擊，延長設備使用壽命。使用多臺變頻器拖動刮板輸送機時，各變頻器之間的功率自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)多臺之間的動態(tài)功率平衡。

1.2 適用范圍

安裝地點的海拔不超過2 000 m，工作環(huán)境溫度為-5～40 ℃，空氣相對濕度不大于95%（+20 ℃）。適用于有甲烷與煤塵爆炸性氣體的環(huán)境，無破壞金屬和絕緣材料的腐蝕性氣體的地方，環(huán)境污染等級為3 級，輸入電壓波形為正弦波，輸入電壓幅值波動不超過額定值±15%。

2 工作面主要配套設備

工作面主要配套設備見下頁表1。

表1 主要配套設備

3 工作面地質(zhì)條件

5302 綜放工作面是趙樓煤礦五采區(qū)第二個區(qū)段的3 煤綜放工作面，煤層厚度3.0～8.7 m，平均6.55 m，工作面標高-866.5 m，兩順槽長度1 510 m，工作面面長250 m。工作面末采階段，兩順槽高差逐漸增大，最大達到52.6 m，工作面大高差額外增加了刮板輸送機的負荷；并且煤層埋藏深，頂?shù)装鍑鷰r壓力大，周期來壓期間工作面片幫嚴重，增加了刮板輸送機重載啟動的次數(shù)，因此現(xiàn)場條件對綜放工作面前部刮板輸送機的正常運轉(zhuǎn)造成了較大的影響。

4 現(xiàn)場使用情況

5302 綜放工作面投產(chǎn)以來，截至目前已推進了1 260 m，生產(chǎn)原煤338 萬t。最高日產(chǎn)1.8 萬t、最高月產(chǎn)32 萬t，各項生產(chǎn)記錄均創(chuàng)趙樓煤礦新高。工作面在回采期間，安裝變頻器的前部刮板輸送機與同等型號未安裝變頻器的后部刮板輸送機運轉(zhuǎn)情況形成了鮮明的對比，見表2。

表2 前、后部刮板輸送機運轉(zhuǎn)情況對比

5 結論

1）保護機械設備。前部刮板輸送機使用變頻器后輸送機勻加速啟動，啟動時間較長（啟動時間50 s 左右），輸送機啟動運行緩慢平穩(wěn)，大大降低了刮板輸送機啟動瞬間沖擊力，輸送機減速箱、電機、鏈輪、鏈條、彈性墊等整個傳動、運行系統(tǒng)的沖擊力大大降低，同時輸送機機頭、機尾電機啟動和運行功率平衡，相較于使用傳統(tǒng)雙速電機的后部刮板輸送機故障率明顯降低，提高了工作面開機率，大大延長了設備的使用壽命，為礦井節(jié)省了大量的材料消耗費用。

2）檢修方便。變頻器可以方便地調(diào)整輸送機運行速度，從而控制輸送機刮板和鏈條所需停止的位置，更易于更換刮板和處理變形的鏈環(huán)。

3）電控操作簡單快捷。調(diào)整輸送機正車、反車和高低速運行不用在開關上進入系統(tǒng)內(nèi)，可直接在輸送機控制臺上操作按鈕，既方便又快捷。

4）便于組織生產(chǎn)。當輸送機負荷增大時，輸送機運行速度下降，司機可以根據(jù)現(xiàn)場情況降低采煤機速度或停止截割，以降低輸送機負荷，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。

5）降低職工的勞動量。輸送機啟動平緩，大大降低了輸送機電機、鏈條、接鏈環(huán)、鏈輪等配件的消耗，不但節(jié)省了大量的材料消耗費用，還大大降低了一線職工更換輸送機配件的工作量。

趙樓煤礦5302 綜放工作面前部刮板輸送機變頻器的使用，可為兗礦集團千米深井、現(xiàn)場地質(zhì)條件復雜、頂?shù)装鍥_擊壓力大的綜采放頂煤工作面提供成功的案例。