軟啟動在龍潭煤礦帶式輸送機上的應用

摘要：帶式輸送機運量大、效率高、維護量小和便于自動控制等優勢越來越受到煤礦青睞，已成為現代化礦井井下運輸系統的重要標志之一。文章以福建煤電股份有限公司龍潭煤礦帶式輸送機為背景，對帶式輸送機軟啟動技術的應用進行探索。

關鍵詞：帶式輸送機；軟啟動；變頻器

中圖分類號：TH222 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）10-0087-02

福建煤電股份有限公司龍潭煤礦是福建能源集團公司的一對主要骨干礦井，該礦計劃投入一條主斜井帶式輸送機，該輸送機設計從斜井巷道中將原煤從+50水平向上斜16度提升至+416水平，全長1500米，其中+416處有一變坡點，該帶式輸送機設計使用兩臺200kw電機雙驅動。200kw電機啟動時對設備和電網的沖擊較大，由于大轉動慣量機械設備以及負載啟動設備在啟動時都會產生很大的啟動電流，此時電動機中通過的電流往往相當于額定電流的4-7倍，很可能引發設備故障和安全事故。輸送帶是彈性儲能材料，在輸送機停止和運行時都儲存有大量勢能，這種勢能的存在危害極大，它將會增加設備的設計強度、剛度要求，增加設備不必要的投入，造成很大的附加成本；減少皮帶和其它配件的使用壽命；從長遠來看，還將增加設備維修頻次，減少皮帶有效運行時間。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，帶動輸送機緩慢運行，將皮帶內部貯存的能量緩慢釋放，使輸送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。

1 方案的選擇確定

1.1 方案設計要求

以龍潭煤礦的實際情況，綜合各方面的因素和要求，方案需考慮以下幾個問題：（1）啟動電流不能過大，對電網無大的沖擊；（2）因為緊急停車，輸送機能夠滿載啟動；（3）啟動后，雙電機帶動傳動滾筒能夠實現同步；（4）帶速可調整；（5）初期投資和后期維護綜合考慮，費用最少，性價比最高。

1.2 方案選擇

根據方案設計要求，對液體粘性軟啟動、液力偶合器軟啟動、變頻器軟啟動等方案原理、優缺點的比較分析。

液體粘性軟啟動基于牛頓內摩擦定律，以液體粘性和油膜剪切力來傳遞動力。其優勢在于縮短電動機啟動電流對電網的沖擊時間；啟動時的初張力與正常運行時的初張力幾乎相等，較液力偶合器至少可降低一級帶強，減少設備初次投資；沒有啟動沖擊，延長了輸送機減速器、傳動滾筒、機架等主要部件的使用壽命，減少了維護費用。缺點是在皮帶機電機高速運轉下，油液紊流容易發熱；內部壓力偏大，容易泄露。

液力偶合器軟啟動基于歐拉方程，以液體動量矩的變化來傳遞動力。其優勢在于能使電機空載啟動，減少啟動時間，降低起動過程中的平均電流；多機驅動時能均衡負荷，減少啟動電流的峰值和對電網的沖擊電流，降低電網容量；能吸收和隔離扭振及沖擊，延長機器的使用壽命；能實行無級調速，有一定的節電效果，可減少電氣設備，降低運行費用。缺點：一是采用液力偶合器時，電機必須先空載起動，最初的電流很大，為電機額定電流的4～7倍，還將引起電網電壓下降；二是啟動時影響到電網內其它設備的正常運行；三是液力偶合器長時工作時，引起液體溫度升高，熔化合金塞，引起漏液；四是皮帶機的加載時間較短，容易引起皮帶張力變化，對皮帶帶強要求較高。

變頻器軟啟動裝置是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。其優勢：一是實現皮帶機多電機驅動時的功率平衡，采用一拖一控制，當多電機驅動時，采用主從控制；二是實現功率平衡；三是將電機的軟起動和皮帶機的軟起動合二為一；四是因為變頻器是一種電子器件的集成，大大降低設備維護量；五是比液力偶合器驅動的效率要高5%～10%。缺點是變頻器軟啟動初期投資費用比前二種略高些。

2 帶式運輸機軟啟動的應用

2.1 設定原始參數

輸送機設計輸送能力121t/h，B=800，帶速V=2m/s，傾斜角為16°，傳動滾筒2個，考慮單電機驅動能夠運行，設計使用兩臺200kw電機雙驅動，輸送帶采用ST-2000。變頻器使用環境良好，周圍介質溫度不高于+40℃，不低于0℃；空氣相對濕度不超過95%；無爆炸危險，且不足以腐蝕金屬、無破壞絕緣的氣體與塵埃；電壓幅值波動不超過±10%。

2.2 變頻器主從控制設計

變頻器的主從控制設計如圖2所示，實現傳動滾筒的同步運行。完全獨立的兩臺變頻器通過主、從機的同步通訊方式保證雙電機的轉速、以及功率平衡的：兩臺電機中任意一臺都可作為主機，另一臺為從機。變頻器對電機的轉矩進行獨立控制，采用光纖對主從變頻器通訊，變頻器主從之間可以自動來調整變頻器輸出轉速及功率一致；變頻器自帶電機的保護：缺相保護、相序保護、啟動過流保護、運行過載保護及電機長時間不能啟動保護等有效保護電機的正常運行；軟啟動器面板上設有可調控制參數：軟啟動時間、啟動初始電壓、啟動電流限制、軟停時間、軟停級落電壓（泵停止功能）、脈動突跳啟動（針對突變負載）功能，實際運行可根據工程中設備電機具體情況結合軟啟動器說明設定或選用。

2.3 變頻器的選擇

變頻器的選擇需考慮電機電流和容量的不同情況考慮以下幾方面因素：

（1）在連續運行的場合應按變頻器的額定輸出電流≥（0.5～1.1）電動機的額定電流，即：I變額≥（0.5～1.1）I電額。

（2）加減速時變頻器容量的選定：一般情況下對于短時間的加減速而言變頻器允許達到額定輸出電流130%～150%。

（3）大慣性負載起動時變頻器容量的計算：通過變頻器過載容量通常多為125%、60S或150%、60S。

（4）頻繁加減速運轉時變頻器容量的選定：根據加速、恒速、減速等各種運行狀態下的電流值，考慮安全系數，綜合評定。

根據以上對電流，容量的綜合考慮，變頻器選擇250kW/660V變頻器。為實現變頻器自動主從控制，控制部分選用三菱公司的FX2N系列可編程控制器，實現系統控制的智能化。調速系統采用變頻調速裝置作為驅動電動機的核心，具有壓頻控制、矢量控制等多種控制方式，可以設定多種啟停運行曲線，滿足各種輸送機對調速系統的要求。

3 結語

隨著電氣自動控制化程度的提升，煤礦使用帶式輸送機將向長運距，大輸送量，快帶速，智能化等方面發展，帶式輸送機已成為煤礦高效開采的關鍵設備。軟啟動也將隨著發展得到更多的應用，如果選型不合理，也會造成巨大的損失。

參考文獻

[1] 張世全.軟啟動的原理及應用.機電技術2004，（2）.

[2] 聶闖.軟啟動技術原理及應用.紅水河2007，（2）.

作者簡介：黃文慶（1966—），男，福建煤電股份有限公司機電管理部經理，機電工程師，研究方向：礦山機電。endprint