辛置煤礦帶式輸送機(jī)智能變頻調(diào)速系統(tǒng)的改造應(yīng)用

李 琳

(霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 霍州 031400)

由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境的特殊性，在煤炭的生產(chǎn)過程中存在煤炭輸送量變化較大的情況，而電動機(jī)往往只是在工頻[1]運行，不能根據(jù)負(fù)荷的變化進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，甚至有時候空載運行，導(dǎo)致設(shè)備實際效率很低[2-3]，電能被大量浪費，設(shè)備的無功損耗巨大。

1 帶式輸送機(jī)智能調(diào)速變頻控制的目標(biāo)

為提高辛置煤礦帶式輸送機(jī)運輸系統(tǒng)的整體效率，在實現(xiàn)帶式輸送機(jī)運輸?shù)母咝А⒐?jié)能化同時，降低噸煤能耗的目的，針對辛置煤礦井主運輸線路長、電機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)化效率低等問題，通過調(diào)查影響帶式輸送機(jī)耗能的關(guān)鍵因素和可控環(huán)節(jié)，結(jié)合礦井帶式輸送機(jī)運輸實際開展現(xiàn)場試驗，經(jīng)過數(shù)據(jù)對比和論證、優(yōu)化和調(diào)整節(jié)能系統(tǒng)，解決膠帶機(jī)速度無極調(diào)節(jié)的問題，實現(xiàn)了電頻設(shè)備工效最大化。

2 工程背景

2.1 辛置煤礦帶式輸送機(jī)運輸系統(tǒng)簡介

辛置煤礦東區(qū)現(xiàn)有1部強(qiáng)力帶式輸送機(jī)、3部重型帶式輸送機(jī)，南區(qū)現(xiàn)有5部強(qiáng)力、1部重型帶式輸送機(jī)，僅南區(qū)4部強(qiáng)力帶式輸送機(jī),總長度達(dá)6 676 m,總功率達(dá)2 920 kW·h，帶式輸送機(jī)運輸產(chǎn)生的費用是一筆不小的開支。

2.2 能耗情況原因分析

辛置煤礦強(qiáng)力帶式輸送機(jī)改造前能耗主要存在：主運輸線路長、電機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)化效率低；強(qiáng)力帶式輸送機(jī)采用雙變頻器啟動，正常功頻運行，“大馬拉小車”能耗嚴(yán)重；帶式輸送機(jī)啟動順序先下部后上部，下行膠帶空載等待時間長，浪費能源極其嚴(yán)重，下行設(shè)備在不同時間段空轉(zhuǎn)運行等待上流物料，產(chǎn)生無謂的粉塵及噪音，存在“逆煤流”啟動;電機(jī)設(shè)備自動化、智能化控制系統(tǒng)發(fā)展慢，缺少有效的自動化管理系統(tǒng)，以“空載運行”大耗能方式滿足生產(chǎn)等問題，總之膠帶電機(jī)“變頻器”未能真正體現(xiàn)其正常的功能價值，功耗降低、節(jié)能運行方面效果差。

由于主運輸線路長、電機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)化效率低，高效、節(jié)能發(fā)展空間大[4-5]，除了要加強(qiáng)膠帶運輸管理，保證設(shè)備運輸正常、高效運轉(zhuǎn)外，有必要通過實施膠帶速度節(jié)能技術(shù)的研究，增設(shè)根據(jù)煤量大小自調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)，提高膠帶運輸系統(tǒng)的整體效率，實現(xiàn)節(jié)能、降耗、增效，降低噸煤能耗的目的。

3 解決問題的關(guān)鍵及實施方案

為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可互換性，著重解決PLC防爆箱內(nèi)的節(jié)能主控器件對現(xiàn)場各電機(jī)的運行電壓、電流、頻率、膠帶速度等數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、通訊組網(wǎng)、膠帶保護(hù)主機(jī)和環(huán)網(wǎng)交換機(jī)的連接等技術(shù)難點，自動準(zhǔn)確監(jiān)測膠帶運行過程“多煤快運、無煤慢運”狀態(tài)，并將電機(jī)匹配到最佳的變頻效果，充分發(fā)揮了變頻器的變頻能力。

3.1 解決問題的關(guān)鍵

研究PLC防爆控制箱選取指標(biāo)，實現(xiàn)用于防爆變頻器的自動控制和監(jiān)測；研究帶式輸送機(jī)集控(保護(hù))系統(tǒng)指令控制系統(tǒng)，實現(xiàn)變頻器拖動電機(jī)從零速開始軟啟動，至達(dá)到額定速度研究；研究自PLC控制箱在接收信號至料流傳感器監(jiān)測膠帶上實時煤量期間，PLC虛擬信號和膠帶機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化；檢測料流傳感信號準(zhǔn)確性，確保膠帶機(jī)速度控制可靠、穩(wěn)定；結(jié)合礦井帶式輸送機(jī)運輸現(xiàn)狀，對礦井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)運輸機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，實現(xiàn)帶式輸送機(jī)在變頻器拖動下的節(jié)能運行。

3.2 實施方案

綜合分析該礦南區(qū)4部帶式輸送機(jī)現(xiàn)狀及運行情況，要實現(xiàn)節(jié)能控制系統(tǒng)運行，同時在系統(tǒng)原有帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置各種功能不變情況下，為實現(xiàn)帶式輸送機(jī)運輸系統(tǒng)的節(jié)能，通過增加“PLC防爆控制箱、速度傳感器、料流傳感器、開停傳感器、就地控制箱、防爆電源箱、電纜”七項設(shè)備，見圖1和圖2，利用“料流傳感器”與防爆變頻器相配合，利用控制系統(tǒng)通過實時監(jiān)測帶式輸送機(jī)上運輸煤量大小，實現(xiàn)煤量大小與帶式輸送機(jī)速度實時在線自動調(diào)速的功能，即達(dá)到“煤多快轉(zhuǎn)、煤少慢轉(zhuǎn)”的目的，以實現(xiàn)節(jié)能控制的目的。

圖1 帶式輸送機(jī)變頻節(jié)能控制裝置配置

圖2 料流傳感器安裝示意(mm)

4 功效對比及效益

4.1 功效對比

改造后的帶式輸送機(jī)運輸系統(tǒng)，可充分發(fā)揮帶式輸送機(jī)變頻器的節(jié)能降耗使用功能，同時可避免產(chǎn)生涌浪電壓、電流，對各類電器設(shè)備及電纜線路，產(chǎn)生一定保護(hù)作用，在節(jié)電方面可起到良好效果，據(jù)統(tǒng)計(表1)，該礦南區(qū)4部膠帶安裝了該節(jié)能系統(tǒng)，4條膠帶運轉(zhuǎn)(雙機(jī))半載與空載狀況下節(jié)能運行，節(jié)約用電486 kW·h，年節(jié)約用電1 749 600 kW·h，節(jié)約費用69.984萬元/a。

表1 辛置煤礦南區(qū)帶式輸送機(jī)工作狀態(tài)電流顯示對比

4.2 社會效益

通過智能變頻調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)運輸速度，帶式輸送機(jī)運輸管理系統(tǒng)初步達(dá)到智能化管理，達(dá)到了預(yù)期節(jié)能、降耗、增效，降低噸煤能耗目的，帶式輸送機(jī)運行過程時，在帶式輸送機(jī)變頻器利用、電機(jī)磨損、配套托輥磨損、節(jié)省電耗等方面，產(chǎn)生了長期、穩(wěn)定的效益。