解讀變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備應(yīng)用及發(fā)展

＊姜春明

（山西華陽(yáng)集團(tuán)新景公司 山西 045000）

引言

煤炭行業(yè)是耗電大戶，其能耗成本占其產(chǎn)品成本非常大的比例，在煤炭企業(yè)中采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、提升機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備都選用電機(jī)拖拽，其電能耗費(fèi)和損失率很大。根據(jù)變頻器和交流電機(jī)的融合，完成對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)控制。變頻技術(shù)具備優(yōu)良的環(huán)保節(jié)能效果和平緩的機(jī)械調(diào)整作用，在中國(guó)礦山開(kāi)采機(jī)電設(shè)備中獲得愈來(lái)愈普遍的運(yùn)用。文中則關(guān)鍵對(duì)變頻節(jié)能技術(shù)在我國(guó)煤礦機(jī)電設(shè)備中的運(yùn)用進(jìn)行了討論。

1.變頻技術(shù)簡(jiǎn)述

伴隨著電力電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，在世界能源緊缺的客觀因素影響下，變頻節(jié)能技術(shù)獲得了世界各國(guó)的重視，在我國(guó)，搭建節(jié)約型社會(huì)的號(hào)角聲極大促進(jìn)了變頻節(jié)能技術(shù)在礦山開(kāi)采、電力工程、機(jī)械設(shè)備等諸多領(lǐng)域的推廣。

變頻技術(shù)就是指根據(jù)更改交流電頻率的方法完成交流電流操縱的技術(shù)，變頻技術(shù)是應(yīng)溝通交流電機(jī)無(wú)極變速的需要而問(wèn)世的。它是一種無(wú)額外轉(zhuǎn)差耗損的高效率變速方法。因?yàn)樽冾l技術(shù)是依據(jù)電機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)變來(lái)完成本身的作用轉(zhuǎn)變，那樣就進(jìn)一步提高了電機(jī)的效率，也降低了損耗。

2.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的運(yùn)用

因?yàn)槊旱V礦井標(biāo)準(zhǔn)繁雜環(huán)境艱苦，比如氣體濕冷、有毒有害物質(zhì)外溢、瓦斯礦塵易燃易爆物品等，變頻技術(shù)在最開(kāi)始仍未獲得煤礦的重視和運(yùn)用，伴隨著煤礦礦井環(huán)境的改進(jìn)及變頻技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，另外煤礦機(jī)電設(shè)備的環(huán)保節(jié)能要求持續(xù)提高，變頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)獲得愈來(lái)愈多煤礦從業(yè)人員的關(guān)注，因而推動(dòng)了其在煤礦機(jī)電設(shè)備中的運(yùn)用。比如，我國(guó)已將變頻節(jié)能技術(shù)廣泛運(yùn)用在斗提機(jī)、采煤機(jī)、帶式輸送機(jī)等機(jī)電設(shè)備中，使機(jī)器設(shè)備的電力工程耗費(fèi)明顯降低，運(yùn)行效率明顯提升，機(jī)器設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)花費(fèi)也有一定的減少，經(jīng)濟(jì)收益顯著提高。

（1）變頻技術(shù)在斗提機(jī)的運(yùn)用。變頻技術(shù)在礦井提升機(jī)的運(yùn)用關(guān)鍵選用了高壓變頻變速自動(dòng)控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)：第一，在斗提機(jī)電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高壓變頻變速自動(dòng)控制系統(tǒng)，選用模塊串連多脈沖信號(hào)動(dòng)能回饋型四象限高壓變頻控制系統(tǒng)，系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)。第二，斗提機(jī)電氣設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)選用PLC控制，完成提高整個(gè)過(guò)程的位置操縱、速率控制、動(dòng)態(tài)性界面監(jiān)控和絞車(chē)系統(tǒng)軟件的各類(lèi)維護(hù)作用，達(dá)到電磁兼容測(cè)試性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1

在我國(guó)中東部的井工煤礦中，立井提高機(jī)器設(shè)備廣泛運(yùn)用，其24h連續(xù)運(yùn)行，關(guān)系著煤炭、機(jī)器設(shè)備、原材料、工作人員的提升運(yùn)送，對(duì)機(jī)器設(shè)備穩(wěn)定性和安全系數(shù)規(guī)定極高，另外，因?yàn)闄C(jī)器設(shè)備的經(jīng)常開(kāi)停機(jī)運(yùn)行及變速運(yùn)行，非常容易引起各種故障，并且，在煤礦電力工程耗費(fèi)中占比較大。而變頻技術(shù)的發(fā)展及運(yùn)用，為煤礦提高機(jī)器設(shè)備處理穩(wěn)定性及耗能很大的難題提供了處理方式。變頻技術(shù)在礦井提升機(jī)中的運(yùn)用主要有兩種，一是可控制程序編寫(xiě)控制系統(tǒng)；二是高壓變頻變速控制系統(tǒng)。可操縱程序編寫(xiě)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用可明顯提高通信系統(tǒng)的通信能力，確保系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性，而高壓變頻變速自動(dòng)控制系統(tǒng)則可充分運(yùn)用變頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，降低斗提機(jī)的電力工程耗費(fèi)。

（2）變頻技術(shù)在水泵中的運(yùn)用。多級(jí)泵是礦井中運(yùn)用較多的另一種設(shè)備。電能運(yùn)輸給水泵電機(jī)后，將電能變換為機(jī)械能，電機(jī)推動(dòng)多級(jí)泵轉(zhuǎn)動(dòng)，把礦井的水排在路面。因?yàn)樗檬窃诰坠ぷ?，環(huán)境十分惡劣，傳統(tǒng)的供電方法電機(jī)額定功率、工頻使它常常發(fā)生故障，大大增加了運(yùn)作成本。一方面，水泵在工頻啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)行電流大，電機(jī)電纜線的損耗很大，促使電機(jī)電纜線在運(yùn)行過(guò)程中的反壓較高，使絕緣性能減少，每一次啟動(dòng)都會(huì)減少水泵的使用壽命，嚴(yán)重縮短了水泵的使用期限；另一方面，水泵在正常工作中時(shí)普遍會(huì)出現(xiàn)電機(jī)負(fù)載率較低的問(wèn)題，“大馬拉小車(chē)”的情況很?chē)?yán)重。根據(jù)更改電機(jī)轉(zhuǎn)速，在減少出水量的同時(shí)，可合理減少系統(tǒng)軟件的電能耗損。

（3）變頻技術(shù)在煤礦通風(fēng)機(jī)中的運(yùn)用。主扇風(fēng)機(jī)作為礦井主通風(fēng)，每日24h不間斷運(yùn)行。因?yàn)樽冾l器改造后離心風(fēng)機(jī)能夠完成變頻軟啟動(dòng)，防止了啟動(dòng)電流的沖擊，風(fēng)機(jī)的絕大多數(shù)工作時(shí)間都是在較低的速率下運(yùn)作，因此大幅度降低了風(fēng)機(jī)工作中的機(jī)械強(qiáng)度和電氣沖擊，大大的增加了風(fēng)機(jī)的使用期限。

（4）變頻技術(shù)在煤礦采煤機(jī)中的運(yùn)用。采煤機(jī)做為煤礦礦井的關(guān)鍵采煤設(shè)備，常工作在較為惡劣的環(huán)境之中。其所處環(huán)境一般粉塵很大，氣體空氣濕度較高。現(xiàn)階段，我國(guó)電牽引采煤機(jī)功率最大2×115kW，變頻器電壓380V，能量回饋型四象限運(yùn)作的交流變頻變速煤礦開(kāi)采技術(shù)處在全球領(lǐng)先地位，可以完成額定值轉(zhuǎn)速比之下穩(wěn)定轉(zhuǎn)距變速，額定值轉(zhuǎn)速比之上穩(wěn)定輸出功率變速及兩部變頻器中間的主從操縱和轉(zhuǎn)距均衡。

圖2

（5）變頻技術(shù)在煤礦帶式輸送機(jī)中的運(yùn)用?，F(xiàn)階段，在我國(guó)很多煤礦用的帶式輸送機(jī)除裝貨系統(tǒng)軟件應(yīng)用外，礦井也有很多應(yīng)用。因?yàn)楸姸嗑壒?，帶式輸送機(jī)長(zhǎng)期都處在滿載或負(fù)載運(yùn)作情況，電磁能消耗比較嚴(yán)重。若在帶式輸送機(jī)上安裝軟啟動(dòng)器，可隨時(shí)隨地將電機(jī)造成的負(fù)力回饋到電力網(wǎng)中，降低發(fā)燙耗損，解決機(jī)械結(jié)構(gòu)及電路系統(tǒng)的沖擊性難題，延長(zhǎng)機(jī)器設(shè)備的使用期限，并能合理地節(jié)省電磁能。

現(xiàn)階段，變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的運(yùn)用已比較普遍，比如，除帶式輸送機(jī)外，在礦井綜掘機(jī)、空壓機(jī)、離心風(fēng)機(jī)等機(jī)器設(shè)備中也有廣泛運(yùn)用。此外，變頻技術(shù)還開(kāi)發(fā)出泄露故障檢測(cè)系統(tǒng)，其強(qiáng)勁的語(yǔ)音及傳輸數(shù)據(jù)作用可使煤礦機(jī)器設(shè)備運(yùn)行中的各種信號(hào)傳送更為便捷和精確。

3.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用前景

(1)推廣

礦山中各種機(jī)電設(shè)備類(lèi)型較多，只有處理好變頻器與設(shè)備之間的配對(duì)問(wèn)題，才能更普遍的推廣。變頻技術(shù)在現(xiàn)階段運(yùn)用僅僅局限在煤礦的部分機(jī)電設(shè)備，也有很大的發(fā)展空間，另外，煤礦企業(yè)對(duì)機(jī)電設(shè)備更新改造過(guò)程中需要很多對(duì)口變頻設(shè)備，提供大量先進(jìn)可靠的技術(shù)和產(chǎn)品，進(jìn)而增加變頻技術(shù)在煤礦的運(yùn)用廣度和深度。

(2)需求量很大

我國(guó)礦山數(shù)量大，在機(jī)電設(shè)備的改造中必定需要很多變頻器，會(huì)極大促進(jìn)變頻技術(shù)在礦山的發(fā)展。

(3)專(zhuān)業(yè)化提升

礦山開(kāi)采有很多獨(dú)特工作環(huán)境，如礦井工作等，需要具備獨(dú)特作用的專(zhuān)業(yè)變頻器配備這種裝置。

(4)多功能、數(shù)字化的升級(jí)

電子信息技術(shù)日新月異，礦山更新改造過(guò)程中對(duì)變頻器的應(yīng)用和控制也展現(xiàn)多種用途的發(fā)展，對(duì)變頻器的控制也會(huì)變成礦山網(wǎng)絡(luò)化管理中的一個(gè)關(guān)鍵步驟。

(5)梳理政策節(jié)能導(dǎo)向，占領(lǐng)綠色采掘主動(dòng)權(quán)

節(jié)能減排、綠色采掘是煤礦改革發(fā)展的必然選擇，煤礦從業(yè)人員及有關(guān)人員應(yīng)正確認(rèn)識(shí)國(guó)家新政策導(dǎo)向，以《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》為指導(dǎo)，加速技術(shù)引導(dǎo)和創(chuàng)新，提供有關(guān)政策支持，占領(lǐng)綠色采掘主動(dòng)權(quán)。

(6)增加對(duì)變頻設(shè)備的科學(xué)合理管理

需從制度層面開(kāi)展規(guī)范管理，對(duì)設(shè)備運(yùn)用和維護(hù)提供良好的工作環(huán)境和制度保障，提升日常維修和維護(hù)，不同于一般設(shè)備，針對(duì)直流變頻設(shè)備應(yīng)開(kāi)展科學(xué)的維護(hù)保養(yǎng)，并做好檢測(cè)及記錄，另外還應(yīng)提升其自動(dòng)化控制和管理工作，從而完成變頻設(shè)備在礦山的網(wǎng)絡(luò)化和信息化集成化管理。

4.結(jié)語(yǔ)

變頻技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，不但能夠改變電動(dòng)機(jī)供電的靈活性，另外還能夠依據(jù)具體負(fù)載需要調(diào)整機(jī)電設(shè)備的耗能方法，大幅度降低電能耗費(fèi)，使設(shè)備更安全的運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備的使用期限，為煤礦機(jī)電設(shè)備的節(jié)能減排及高效應(yīng)用確立了基礎(chǔ)及技術(shù)條件。其運(yùn)用成效已基本明顯，但在我國(guó)煤礦領(lǐng)域，現(xiàn)階段仍處在解決過(guò)剩產(chǎn)能、改革提質(zhì)增效的發(fā)展期中，如何完成煤炭能源的低能耗、低成本，仍然任重道遠(yuǎn)。