北嶺井下膠帶運(yùn)輸機(jī)軟啟動(dòng)改造方案比選及實(shí)踐

摘要：北嶺主運(yùn)系統(tǒng)由三部膠帶機(jī)組成，包括主斜井膠帶機(jī)以及井下兩部膠帶機(jī)。該三部膠帶機(jī)均未按照《煤礦安全規(guī)程》的要求，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。根據(jù)實(shí)際情況，需對北嶺主運(yùn)系統(tǒng)實(shí)施軟啟動(dòng)改造，做到符合《煤礦安全規(guī)程》要求，保證安全、可靠運(yùn)行。通過對北嶺主運(yùn)系統(tǒng)井下兩部膠帶機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)改造的具體實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行安全、高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：膠帶機(jī)；軟啟動(dòng)；改造；技術(shù)突破

一、北嶺井下大巷膠帶機(jī)概況

井下膠帶大巷1#膠帶機(jī)技術(shù)參數(shù)：輸送量：Q=630t/h；尾部至頭部水平輸送距離：Lh= =587m；尾部至頭部傾角：α=1.8～10°；提升高度：H=30.763m；帶寬：B=1000mm；帶速：V=3.15m/s；驅(qū)動(dòng)方式：采用頭部雙滾筒雙電機(jī)，電機(jī)+液力偶合器+減速機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。

井下膠帶大巷2#膠帶機(jī)技術(shù)參數(shù)：輸送量：Q=630t/h；尾部至頭部水平輸送距離：Lh=781m；尾部至頭部傾角：α=0.68°；提升高度：H=9.269m；帶寬：B=1000mm；帶速：V=3.15m/s；驅(qū)動(dòng)方式：采用頭部雙滾筒雙電機(jī)，電機(jī)+液力偶合器+減速機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。

二、現(xiàn)北嶺井下膠帶大巷1#、2#膠帶機(jī)存在的問題、軟啟動(dòng)改造的必要性

1、北嶺井下膠帶大巷1#、2#膠帶機(jī)均存在如下問題：

● 不能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。井下膠帶大巷1#、2#帶式輸送機(jī)均采用電機(jī)+液力偶合器+減速機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，且高壓開關(guān)只有一臺(tái)，采用一拖二方式，電機(jī)一經(jīng)得電便滿速運(yùn)行，液力偶合器沒有軟啟動(dòng)效果，無法實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。

● 無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。三部膠帶機(jī)均采用機(jī)頭控制按鈕起、停膠帶機(jī)，盡管操作簡單，但技術(shù)落后，安全系數(shù)低、隱患大，與現(xiàn)代化礦井要求極不相稱，也無法監(jiān)測膠帶機(jī)各重要元器件的工作狀態(tài)。

● 無法實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)，且啟動(dòng)過程對膠帶機(jī)損傷大。

2、電機(jī)直接啟動(dòng)帶來巨大危害

直接啟動(dòng)即將電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)，給電動(dòng)機(jī)定子施加電源電壓，這種啟動(dòng)方式雖然簡單，但是電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流很大，一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的5-8倍，過大的啟動(dòng)電流將可能導(dǎo)致電網(wǎng)電壓顯著下降，影響同一供電線路或同一臺(tái)供電變壓器上其他設(shè)備的正常工作，因此，在實(shí)際規(guī)范中，對電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)引起供電系統(tǒng)的電壓降有明確而嚴(yán)格的要求。

北嶺井下膠帶大巷1#、2#膠帶機(jī)都通過電機(jī)直接啟動(dòng)來啟動(dòng)，極易造成電網(wǎng)電壓下降，影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行，造成設(shè)備的有害跳閘，同時(shí)過大的啟動(dòng)電流會(huì)使電機(jī)繞組發(fā)熱，加速絕緣老化，影響電機(jī)壽命。

3.《煤礦安全規(guī)程》第三百七十三條明確規(guī)定，采用滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸時(shí)，帶式輸送機(jī)應(yīng)加設(shè)軟啟動(dòng)裝置，下運(yùn)帶式輸送機(jī)應(yīng)加設(shè)軟制動(dòng)裝置。因此，北嶺礦主運(yùn)系統(tǒng)的三部皮帶均不能滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求，存在重大安全隱患，必須在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，使其達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》要求。

綜上，必須對北嶺井下膠帶大巷1#、2#膠帶機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)改造。

三、改造方案選擇及實(shí)施

1、目前，煤礦帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)裝置可分為電氣軟啟動(dòng)和機(jī)械軟啟動(dòng)兩種，其中電氣軟啟動(dòng)裝置主要有變頻器裝置、電軟啟動(dòng)裝置等，機(jī)械軟啟動(dòng)裝置主要有液體粘性調(diào)速裝置（CST裝置）、調(diào)速型液力偶合器裝置等。對其優(yōu)缺點(diǎn)比較如表一所示：

2、改造原則

當(dāng)前煤炭市場持續(xù)低迷，煤炭價(jià)格持續(xù)走低，因此選擇滿足《煤礦安全規(guī)程》、經(jīng)濟(jì)性好、投資少、安全可靠、盡可能留用原有設(shè)備是這次技術(shù)改造所必須遵循的原則。

鑒于以上原則并通過上表的綜合比較，同時(shí)考慮現(xiàn)場空間等因素，此次技術(shù)改造不考慮機(jī)械調(diào)速方式，即不用液體粘性調(diào)速裝置（CST）和調(diào)速型液力偶合器。只考慮電氣調(diào)速方式，即從變頻器裝置和電軟啟動(dòng)裝置中進(jìn)行比選。

3、方案比選

方案一：均采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟停止功能，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)帶速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。具體方案如下：

（1）井下膠帶大巷1#帶式輸送機(jī)、井下膠帶大巷2#帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)改造亦采用變頻器調(diào)速方式。經(jīng)了解，目前市場上尚無符合煤礦井下使用要求的、具有MA標(biāo)志的10KV防爆變頻器，為符合井下使用要求，只能選用1140V或660V井下防爆變頻器，并更換電機(jī)、減速機(jī)等。具體為：從機(jī)頭10KV高壓開關(guān)出線處加裝10/1.2/0.69KV礦用隔爆型移動(dòng)變電站，其后加低壓變頻器，將原先的10KV電機(jī)、液力偶合器、減速機(jī)拆除，重新制作、澆鑄電機(jī)、減速機(jī)等基礎(chǔ)底座，更換相應(yīng)電壓等級的變頻調(diào)速電機(jī)、減速機(jī)，棄用液力偶合器，實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)。連接方式為高壓開關(guān)+移動(dòng)變電站（新購，一臺(tái)）+低壓變頻器（新購，兩臺(tái)）+低壓變頻電機(jī)（新購，兩臺(tái)）+減速機(jī)（新購，兩臺(tái)）+驅(qū)動(dòng)滾筒。

方案二：井下膠帶大巷1#帶式輸送機(jī)、井下膠帶大巷2#帶式輸送機(jī)采用電軟啟動(dòng)器方式，可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟停止功能。具體方案如下：

（1）井下膠帶大巷1#帶式輸送機(jī)、井下膠帶大巷2#帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)改造采用電軟啟動(dòng)器方式。只需在現(xiàn)有高壓開關(guān)與電機(jī)之間加裝電軟啟動(dòng)器（實(shí)現(xiàn)一拖二功能）即可，原先的電機(jī)、減速機(jī)均予以留用。連接方式為高壓開關(guān)+電軟啟動(dòng)器（新購，一臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一拖二功能）+電機(jī)（原有）+減速機(jī)（原有）+驅(qū)動(dòng)滾筒。

兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表二所示：

通過兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，不難發(fā)現(xiàn)，雖然方案一具有軟啟動(dòng)特性好、能夠?qū)崿F(xiàn)低速驗(yàn)帶、節(jié)能效果好等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著投資大、改造困難、原有設(shè)備利用率低、影響生產(chǎn)時(shí)間長等重大缺陷，在目前這種煤炭市場低迷的情況下不宜采用。相反，方案二雖然存在不能低速驗(yàn)帶、節(jié)能效果不明顯等缺點(diǎn)，但能夠留用所有的原有設(shè)備，改造難度低，能夠最大限度不影響生產(chǎn)，投資少，安全性、可靠性均能得到保證，優(yōu)點(diǎn)明顯。

經(jīng)過方案論證，北嶺井下膠帶大巷1#、2#膠帶機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)改造采用電軟啟動(dòng)器方式。經(jīng)比選，使用KJGR-200/6礦用隔爆兼本質(zhì)安全型高壓軟起動(dòng)控制器。這是一種全數(shù)字化的智能控制器，起動(dòng)方式為第二代電流PID閉環(huán)的電流斜坡控制，與笫一代的電壓斜坡相比優(yōu)點(diǎn)是，電機(jī)起動(dòng)平滑，能有效地把起動(dòng)電流降至最低限度，同時(shí)電機(jī)接近全速時(shí)不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩沖擊；因此可廣泛應(yīng)用于水泵、真空泵、皮帶運(yùn)輸機(jī)、風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載。具有軟起和直起兩種啟動(dòng)模式；具有自由停機(jī)、軟停機(jī)兩種停止方式。

具體改造方案為：在現(xiàn)有高壓開關(guān)與電機(jī)之間加裝電軟啟動(dòng)器（實(shí)現(xiàn)一拖二功能），原先的電機(jī)、減速機(jī)均予以留用。連接方式為高壓開關(guān)+電軟啟動(dòng)器（新購，一臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一拖二功能）+電機(jī)（原有）+減速機(jī)（原有）+驅(qū)動(dòng)滾筒。

由于KJGR軟起動(dòng)控制器能精確控制起動(dòng)過程中的電動(dòng)機(jī)電流及無級加速和可控制的減速，從而避免了在起動(dòng)中的機(jī)械力沖擊；可避免皮帶過大應(yīng)力和撕裂；對電動(dòng)機(jī)可以最大限度降低起動(dòng)電流，延長電動(dòng)機(jī)使用壽命；可避免起動(dòng)沖擊電流及由此造成的電網(wǎng)電壓瞬時(shí)跌落，減少對電網(wǎng)容量的需求，節(jié)約對電網(wǎng)的投資。

本軟起動(dòng)控制器具有的突出特點(diǎn)包括：高速精確采樣的 PID電流閉環(huán)起動(dòng)方式；能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行電流，對電機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行過熱過流檢測；保護(hù)靈敏、可靠，當(dāng)檢測運(yùn)行值超出設(shè)定的額定范圍，軟起將自行切斷電機(jī)運(yùn)行電源。本次改造采用的軟啟動(dòng)方式，能夠有效避免直接啟動(dòng)對電機(jī)帶來的傷害，提高電機(jī)及皮帶壽命，保證設(shè)備安全、可靠運(yùn)行。

五、結(jié)語

通過改造，在最大限度上保留、使用原有設(shè)備的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)功能；實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制；能夠?qū)崿F(xiàn)重載啟動(dòng)，避免了對膠帶機(jī)的損傷；滿足了《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)要求，消除了重大安全隱患。總之，是一次成功的技術(shù)改造。

參考文獻(xiàn)

[1]《山西中煤平朔北嶺煤業(yè)有限公司礦井兼并重組整合項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)說明書》，煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院

[2]《變頻器軟啟動(dòng)器及PLC實(shí)用技術(shù)手冊》，方大千等，化學(xué)工業(yè)出版社

[3]《煤礦安全規(guī)程》，煤炭工業(yè)出版社

[4]《電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器入門與應(yīng)用實(shí)例》，劉利，中國電力出版社

作者簡介：張鳳奇（1987-），黑龍江省牡丹江市人，2011年畢業(yè)于黑龍江科技大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)。

（作者單位：中煤平朔北嶺煤業(yè)有限公司）