高壓變頻長距離控制技術用于主斜井多點驅動皮帶

宋曉宇

高壓變頻長距離控制技術用于主斜井多點驅動皮帶

宋曉宇

介紹了高電壓變頻長距離控制技術在大同煤礦集團公司同忻礦多點驅動主斜井皮帶的應用，論述了該技術的特點以及產生的效果。

煤礦開采；斜井運輸；皮帶運輸；長距離運輸；多點驅動皮帶

0 引言

大同煤礦集團公司同忻礦是年產1 000萬t的現代化礦井，原煤運輸采用連續型帶式輸送機向上輸送方式。經計算，在輸送傾角為 5.13°～3.08°～4.4°、提升高度360 m、運送長度4 600 m條件下，需配置帶寬1 800 mm、運量4 800 t/h、帶速5 m，總功率不小于10 000 kW的膠帶輸送機。如此大功率膠帶輸送機國內還沒有使用過，特別是膠帶輸送機的驅動方式選擇牽涉到帶強、投資和工期等各方面的因素，決定著輸送機的布置方式。經綜合比較，選擇了變頻軟啟動技術，由此帶來了礦用大型膠帶輸送機如何實施遠距離變頻驅動問題，通過1 a多的應用取得了顯著的成績，對國內同行具有相當的參考價值。

1 應用過程及內容

該輸送機帶寬1 800 mm，運量4 800 t/h，帶速5 m/s，阻燃鋼絲繩芯輸送帶 ST4500（帶強4 500 N/mm） 長4 601 m，裝機功率為3×1 800 kW+3×1 800 kW/6 kV。驅動裝置位于輸送機頭部和中部。頭部采用功率配比為2∶1的雙滾筒三電機驅動，中間驅動單元采用功率配比為1∶1∶1的三滾筒三電機驅動。中間驅動的使用，可以降低承載膠帶的最大張力，從而可以使膠帶強度等級降低，膠帶成本下降。

本機采用螺栓聯接的落地鋼架作機身，裝拆、維修方便，運行平穩。為防止輸送帶與滾筒之間打滑，采用帶有人字形槽的包膠滾筒，以增大摩擦因數。本機采用由3節普通托輥組成的30°槽形上托輥組，下托輥組采用V型托輥組。

電氣控制系統采用西門子羅賓康完美無諧波系列高壓變頻裝置。西門子羅賓康完美無諧波系列高壓變頻器采用先進的矢量控制技術構成高性能交流調速裝置，經實踐證明可長期可靠地應用于長距離帶式輸送機的恒轉矩負載，具有啟動轉矩大、過載能力強等特點，可在輕載、重載等各種工況下可靠、有效地控制帶式輸送機柔性負載的軟啟動/軟停車整個動態過程，并在全過程中實現各膠帶機的驅動電機之間的功率平衡和速度同步，還能提供可調驗帶速度。

通過變頻軟啟動技術的應用，可降低快速啟動/快速停車過程對機械和電氣系統的沖擊，避免灑料與疊帶，有效抑制膠帶輸送機動態張力波可能對膠帶和機械設備造成的危害，延長輸送機使用壽命，增加輸送系統的安全性和可靠性。

變頻調速裝置采用一體化設計，集成隔離變壓器和變頻器兩部分。隔離變壓器采用可靠性極高、絕緣等級為H級、免維護設計的干式變壓器；變頻器選用羅賓康完美無諧波高壓變頻器。電機選用國產防爆電機。

本輸送機為固定式結構，主要由驅動裝置、卸載裝置、傳動裝置、中間卸載裝置、中間驅動裝置、制動裝置、逆止裝置、夾帶裝置、硫化平臺、機身、受料段及自動拉緊裝置等幾大部分組成。本機安裝在主斜井井筒內，其中驅動裝置、卸載裝置、傳動裝置、制動裝置、逆止裝置、夾帶裝置、硫化平臺等設備布置在地面井口房內，中間卸載裝置、中間驅動單元設備布置在中間硐室。

2 技術特點及經濟效益

2.1 變頻器在帶式輸送機的應用

眾所周知，皮帶是一個彈性體，在靜止或運行時皮帶內貯藏了大量的能量，在皮帶機啟動過程中，如果不加設軟啟動裝置，皮帶內貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳輸出去。過大的張力波極易引起皮帶被撕斷。因此，《煤礦安全規程》規定，帶式輸送機必須加設軟啟動裝置。

2.2 解決了多電機驅動時的功率平衡問題

一般的長距離大運量皮帶機都是采用液力耦合器配套多電機驅動，很難解決多電機驅動時的功率平衡，而使用變頻技術可以很好解決多電機驅動時的功率平衡問題，同時將給煤礦帶來極大的社會和經濟效益。

2.3 真正實現了帶式輸送機系統的軟啟動

運用變頻器對帶式輸送機進行驅動，運用變頻器的軟啟動功能，將電機的軟啟動和皮帶機的軟啟動合二為一，通過電機的慢速啟動，帶動皮帶機緩慢啟動，將皮帶內部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機在啟動過程中形成的張力波極小，幾乎對皮帶不造成損害。

2.4 降低皮帶帶強

采用變頻器驅動之后，由于變頻器的啟動時間在1 s～3 600 s內可調，通常皮帶機啟動時間在60 s～200 s內根據現場設定，皮帶機的啟動時間延長，大大降低了對皮帶帶強的要求，降低了設備初期投資。

2.5 降低設備的維護量

變頻器是一種電子器件的集成，它將機械的壽命轉化為電子的壽命，壽命很長，大大降低了設備維護量；同時，利用變頻器的軟啟動功能實現帶式輸送機的軟啟動，啟動過程中對機械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機系統機械部分的檢修量。

2.6 節能

在皮帶機上采用變頻驅動后的節能效果主要體現在系統功率因數和系統效率兩個方面。

2.6.1 提高系統功率因數

通常情況下，煤礦用電機在設計過程中放的裕量比較大，工作時絕大部分不能滿載運行，電機工作于滿電壓、滿速度而負載經常很小的工況下，也有部分時間空載運行。由電機設計和運行特性知道，電機只有在接近滿載時才是效率最高、功率因數最佳的，輕載時這些指標降低，造成不必要的電能損失。這是因為輕載時定子電流有功分量很小，主要是勵磁的無功分量，因此功率因數很低。采用變頻器驅動后，在整個過程中功率因數達0.9以上，大大節省了無功功率。

2.6.2 提高系統效率

采用變頻器驅動之后，電機與減速器之間是直接硬聯接，中間減少了液力耦合器這個環節。而液力耦合器本身的傳遞效率是不高的；并且液力耦合器主要是通過液體來傳動，而液體的傳動效率比直接硬聯接的傳動效率要低許多。因而采用變頻器驅動后，系統總的傳遞效率要比液力耦合器驅動的效率高5%～10%。另外，礦井通常離變電站距離較遠，不同時段電壓波動較大，利用變頻器的自動穩壓功能，也有部分節能作用。

3 結語

綜上所述，采用大運量長距離高電壓多點驅動變頻技術的帶式輸送機驅動系統，不僅在技術的先進性還是帶來的社會及經濟效益方面都是巨大的。隨著社會的發展，高產高效礦井的投入，大運量長距離高電壓多點驅動變頻帶式輸送機將會有更加廣闊的應用前景。

High-voltage Frequency-conversion Long-distance Control Technology Applied in the Multi-point Drive of the Main Incline Shaft Belt Conveyor

Song Xiaoyu

This article introduces the high-voltage frequency-conversion long-distance control technology applied in the multi-point drive of the main incline shaft belt conveyor in the Tongxin Coal Mine of the Datong Coal Mine Group.It discusses the characteristics and effects of this technology.

coal mining；incline shaft transport；belt conveyor transport；long distance transport；multi-point drive belt conveyor

TD634

B

1000-4866（2011）03-0001-02

宋曉宇，男，1972年4月畢業于太原理工大學，現在大同煤礦集團公司機電管理處工作，工程師。

2011-07-01

2011-07-21