綜采工作面刮板輸送機高壓變頻器的改造及應用

呂 斌

（西山煤電集團有限公司礦業管理有限公司， 山西 太原 030053）

引言

隨著煤礦綜采機械化水平的不斷提高，綜采工作面刮板輸送機的裝機功率和輸送能力大幅提升，尤其是交流異步電動機變頻調速技術在刮板輸送機上的應用，實現了刮板輸送機的重載軟啟動，具有啟動電流小、啟停平穩、啟動轉矩和輸送量大的優點，有效避免了傳統的液力耦合器系統啟動電流大、啟停不平穩、功率小，特別是重載啟動過程中易燒毀電機，易導致煤礦供電系統發生越級跳閘的現象。因此，對綜采工作面的傳統刮板輸送機進行高壓變頻器技術改造非常重要，可有效提高礦井的運輸效率。

1 問題的提出

西曲礦位于古交市北0.5 km處，井田南北長6.5 km，東西寬6 km，面積為40.69 km2，礦井設計年生產能力340萬t。12313綜采工作面位于西曲礦二采區，主要開采太原組7號、8號煤層，煤層厚度3.5～5.6 m，工作面長度1 352 m，傾斜長度 369 m，煤層傾角5°～16°，輸送量1 000 t/h，采煤方法為長壁后退式綜采工藝。刮板輸送機作為該工作面的主要輸送設備，采用型號為SGZ 764/630型中雙鏈刮板輸送機，配套使用兩臺型號為YBSD3154/8Y電機功率2×315 kW，主要技術參數為減速機型號JS315，電機轉速 1 484 r/min，聯軸器型號 20S16，中部槽鑄焊封底式1 500 mm×722 mm×318 mm，采用啞鈴連接方式，刮板鏈為中雙鏈。

該刮板輸送機重載啟動困難、沖擊大、易燒毀電機，導致礦井供電系統越級跳閘，影響礦井的安全生產。為解決以上問題，對刮板輸送機驅動進行變頻裝置改造，采用BPJ-500/1140型礦用隔爆兼本質安全型交流變頻器進行技改，在實際使用中取得良好效果，有效提升綜采工作面的運輸效率。

2 技術改造方案

1）采用兩臺BPJ-500/1140型礦用隔爆兼本質安全型交流變頻器拖動400 kW電動機，有效解決了電機啟動過程中沖擊大、斷鏈停機、后期維護困難的缺點，并具有欠壓、過載、漏電、接地和短路等保護功能。驅動系統上完全替代液力耦合器，采用直接對輪連接，簡化機械系統，提高設備的機械效率和可靠性，同時實現了變頻無級調速，達到了節能降耗目標[1]。

2）刮板輸送機采用直接轉矩控制，提高控制精度和響應速度，實現全程機頭機尾動態功率平衡；控制箱具有軟件轉矩波動檢測功能，實現刮板輸送機斷鏈自動停機保護和反轉運行的邏輯控制功能；變頻器采用交-直-交結構，減少系統電網無功損耗，提高供電效率[2]。

3）BPJ-500/1140型變頻器冷卻使用開放式水冷板循環冷卻系統如圖1所示，具有散熱快和水電聯鎖功能。

圖1 BPJ-500/1140型變頻器冷卻系統結構圖

3 效果分析

1）對刮板輸送機驅動系統的變頻技改實現電機的負載均衡控制，刮板輸送機鏈條的預張緊功能，可有效預防卡鏈和輸送機幫槽的磨損，提高設備的使用壽命。輸送機端頭和端尾的電機運行協調，可降低對鏈條的受力沖擊損傷[3]。

2）具有啟動轉矩大、啟停平穩等特點。對刮板輸送機進行變頻技術改造實現了交流異步電機在負載情況下的平穩啟動、調速、停車等功能，降低了對設備和電網的沖擊，提高了設備的使用壽命；同時在重載情況下多部變頻器驅動可達到動態功率平衡[4]。

3）針對12313綜采工作面刮板輸送機進行變頻器技術改造，實際使用過程中取得良好的設備自動調速和能耗節約效果。根據實際使用情況統計，12313綜采工作面刮板輸送機技改前月平均消耗電量為213 596 kWh。改造后，12313綜采工作面刮板輸送機月平均消耗電量為102 365 kWh，節約達52%。每月節約電量111 231 kWh，按照每度電0.65元/kWh計算，每月可節約電費72萬元。

4）變頻裝置具有的DTC轉矩控制功能，可提高啟動轉矩實現重載啟動。根據鏈條破斷力設置最大轉矩保護值，降低斷鏈故障的發生概率，實現斷鏈自動停車保護功能，可提升設備的安全運行效率。同時系統的故障自動診斷功能，可降低運行故障的發生概率，遠程控制系統還可將設備運行參數實時傳輸到調度監控的上位機，提升礦井機械設備的一體化管理水平。

4 結論

通過采用直接轉矩控制，BPJ-500/1140型礦用隔爆兼本質安全型交流變頻器在西曲礦12313綜采工作面刮板輸送機的改造應用，滿足了刮板輸送機重載情況下的啟動轉矩需求，減少了斷鏈故障的發生，提高了控制器的響應速度和控制精度，達到了全程機頭機尾動態功率平衡，實現了刮板輸送機的斷鏈自動停機保護功能，并可靈活控制刮板輸送機正反轉及脫并機控制。變頻器采用的交-直-交結構，降低了礦井供電系統的無功損耗。刮板輸送機啟動時沖擊小，減少了機械沖擊和動張力，提高了設備的使用壽命，對提升礦井的運輸效率具有重要意義。