刮板輸送機3 300V高壓變頻系統的研發與應用

龐玉龍

（大同煤礦集團電業公司， 山西 大同 037003）

1 研制原因及背景

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

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

2 研發內容

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

2）實現刮板輸送機的重載平滑起動，消除設備起動時的機械與電氣沖擊。

3）主回路無熔斷器設計。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側諧波的干擾。

4）變頻器采用三電平逆變結構，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閉鎖功能。

6）采用ABB的直接轉矩控制（DTC）技術，可實現零速滿轉矩起動，最大起動轉矩達到220%的電機額定起動轉矩；控制精度高，起動轉矩大，適于重負荷、大轉矩的設備使用。

7）變頻器具有正轉、反轉控制接口，需要反轉運行時在控制臺上就可以實現控制。

8）冷卻方式。變頻器內部采用去離子水散熱技術，內水與外水通過水水交換器實現熱交換，外水為普通水，直接由供水管路經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）具有多機聯動控制功能，主從變頻器之間采用CAN總線通信協議進行通信。

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，可以根據鏈條最小破斷力設定最大轉矩輸出值，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，可顯示系統圖形、運行參數、故障信息、歷史記錄查詢；可通過屏幕完成各種設置與操作，可以實時顯示刮板輸送機的開停狀態、電壓、電流、電機溫度及故障信息等相關參數。

7）具有強大的軟件功能，通過選取不同的應用宏，完成對不同設備的調速控制，并可通過本安操作鍵盤進行應用參數的選擇、整定和讀取；可實現本地控制和遠程控制兩種控制方式，具有遠方控制二線式本安型先導控制功能，可與國產或歐式控制設備直接接口。

8）加減速時間可調范圍上限值不小于60 s，而且連續可調。

9）變頻器具有RS485總線通信接口，可通過MODBUS協議將運行信息傳至監控中心或礦井信息化系統對接，實現遠程控制和自動化控制。

10）具有數字量控制接口和模擬量檢測接口，可對輔助設備進行控制和檢測。

4 應用情況及經濟社會效益

為適應煤層開采需要，應用于集團公司同發東周窯礦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，每臺電機電費節約30萬元/年（電費1元/kWh），4臺電機電費可節約120萬元/年。

2）增加設備的使用壽命（以25%為準），減少設備的折舊近300萬元。

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

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

5 結語

3 300 V高壓變頻系統在刮板輸送機上的應用，既保證了礦山的“綠色”開采，又具有很高的實用性。該系統的研制成功，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”等設備消耗的無用功，又能使設備在無極變數的條件下使用，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，需要對其進行大量的改進和探索。但作為一種有效的節能降耗的新技術、新方法，必將在集團公司內部被廣泛推廣應用。