刮板輸送機3 300V高壓變頻系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

龐玉龍

（大同煤礦集團電業(yè)公司， 山西 大同 037003）

1 研制原因及背景

目前，集團內(nèi)部所有礦用大功率刮板輸送機的驅(qū)動系統(tǒng)都是采用CST或TTT。上述驅(qū)動方式雖然都可實現(xiàn)電機軟啟動并有較大的啟動轉(zhuǎn)矩，但并沒有顯著的節(jié)能特點。大功率刮板輸送機既要實現(xiàn)高效節(jié)能，又要滿足軟啟動和較大的啟動轉(zhuǎn)矩，目前唯一的方法就是采用變頻驅(qū)動，真正實現(xiàn)刮板輸送機的軟啟動，減輕設(shè)備沖擊，減少設(shè)備的維護量和運營成本，提高傳動效率，延長設(shè)備的使用壽命。大功率刮板輸送機變頻技術(shù)的應(yīng)用必然是煤礦實現(xiàn)“綠色”開采的發(fā)展方向。3300 V大功率刮板輸送機變頻技術(shù)在國內(nèi)已有使用，但在集團公司內(nèi)尚未開展。

為了提高設(shè)備性能、節(jié)能降耗，集團公司積極組織相關(guān)專家進行分析論證，由同煤集團公司機電管理處提出并協(xié)調(diào)大同煤礦集團機電裝備天晟電氣有限公司積極進行技術(shù)攻關(guān)和研發(fā)。要求在采煤過程中前后運輸機電機驅(qū)動使用3 300 V變頻啟動，實現(xiàn)“綠色開采”。

2 研發(fā)內(nèi)容

1）滿足刮板輸送機各種運行工況的要求，包括軟啟動、調(diào)速或定速帶載運行、正常停機以及緊急停機等。

2）實現(xiàn)刮板輸送機的重載平滑起動，消除設(shè)備起動時的機械與電氣沖擊。

3）主回路無熔斷器設(shè)計。變頻器使用IGCT作為主回路保護元件，直流回路逆變回路之間通過IGCT可以直接分段，保護速度是傳統(tǒng)熔斷器的1 000倍。變頻器采用12脈沖供電，有效降低了變頻器對網(wǎng)側(cè)諧波的干擾。

4）變頻器采用三電平逆變結(jié)構(gòu)，配合輸出正弦波濾波器，輸出波形正弦特性好，適用于普通礦用隔爆電動機，無需專用變頻電動機。

5）變頻器輸入、輸出采用快速電纜連接器的連接方式，并且具有輸出回路先導(dǎo)閉鎖功能。

6）采用ABB的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù)，可實現(xiàn)零速滿轉(zhuǎn)矩起動，最大起動轉(zhuǎn)矩達到220%的電機額定起動轉(zhuǎn)矩；控制精度高，起動轉(zhuǎn)矩大，適于重負(fù)荷、大轉(zhuǎn)矩的設(shè)備使用。

7）變頻器具有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制接口，需要反轉(zhuǎn)運行時在控制臺上就可以實現(xiàn)控制。

8）冷卻方式。變頻器內(nèi)部采用去離子水散熱技術(shù)，內(nèi)水與外水通過水水交換器實現(xiàn)熱交換，外水為普通水，直接由供水管路經(jīng)過濾器和電動閥向變頻器供水，出水采用開放式直接排出；變頻器控制電動閥通斷，停機即停水。

3 主要技術(shù)功能

1）具備低速運行功能，以方便刮板輸送機鏈條的檢查。

2）變頻器配有正弦波輸出濾波器，輸出電纜允許長度3 000m。

3）具有多機聯(lián)動控制功能，主從變頻器之間采用CAN總線通信協(xié)議進行通信。

4）具有過載、過電壓、欠電壓、缺相、過熱、漏電閉鎖、電動機超溫等保護功能，具有故障記憶功能。

5）變頻器具備刮板輸送機鏈條保護功能，可以根據(jù)鏈條最小破斷力設(shè)定最大轉(zhuǎn)矩輸出值，達到對刮板輸送機鏈條的保護。

6）顯示功能：配有中文液晶顯示器，可顯示系統(tǒng)圖形、運行參數(shù)、故障信息、歷史記錄查詢；可通過屏幕完成各種設(shè)置與操作，可以實時顯示刮板輸送機的開停狀態(tài)、電壓、電流、電機溫度及故障信息等相關(guān)參數(shù)。

7）具有強大的軟件功能，通過選取不同的應(yīng)用宏，完成對不同設(shè)備的調(diào)速控制，并可通過本安操作鍵盤進行應(yīng)用參數(shù)的選擇、整定和讀?。豢蓪崿F(xiàn)本地控制和遠(yuǎn)程控制兩種控制方式，具有遠(yuǎn)方控制二線式本安型先導(dǎo)控制功能，可與國產(chǎn)或歐式控制設(shè)備直接接口。

8）加減速時間可調(diào)范圍上限值不小于60 s，而且連續(xù)可調(diào)。

9）變頻器具有RS485總線通信接口，可通過MODBUS協(xié)議將運行信息傳至監(jiān)控中心或礦井信息化系統(tǒng)對接，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動化控制。

10）具有數(shù)字量控制接口和模擬量檢測接口，可對輔助設(shè)備進行控制和檢測。

4 應(yīng)用情況及經(jīng)濟社會效益

為適應(yīng)煤層開采需要，應(yīng)用于集團公司同發(fā)東周窯礦C5號層8201工作面，煤厚6.3m。

1）以工作面前后運輸機4臺電機來算，每臺電機電費節(jié)約30萬元/年（電費1元/kWh），4臺電機電費可節(jié)約120萬元/年。

2）增加設(shè)備的使用壽命（以25%為準(zhǔn)），減少設(shè)備的折舊近300萬元。

3）可節(jié)約人力成本21～24萬元/年（以 3人、7～8萬元 /年、3班計算）

4）提高生產(chǎn)效率，年產(chǎn)可提高 10～30萬 t，以500元/t計算，可增加收益0.5～1.5億元。

5 結(jié)語

3 300 V高壓變頻系統(tǒng)在刮板輸送機上的應(yīng)用，既保證了礦山的“綠色”開采，又具有很高的實用性。該系統(tǒng)的研制成功，可以極大提升工作面刮板機的使用效率和壽命、減少由于“CST”“TTT”等設(shè)備消耗的無用功，又能使設(shè)備在無極變數(shù)的條件下使用，減少了因重載等特殊條件下啟動的難度，降低操作工人的勞動強度，具有良好的社會價值和推廣價值。同煤集團首次使用該系統(tǒng)，需要對其進行大量的改進和探索。但作為一種有效的節(jié)能降耗的新技術(shù)、新方法，必將在集團公司內(nèi)部被廣泛推廣應(yīng)用。