主井帶式輸送機供電諧波危害治理改造

李云飛

（山西晉煤集團沁秀煤業有限公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

1 概述

岳城礦為晉煤集團沁秀公司下屬生產礦井，位于山西省晉城市沁水縣鄭村鎮。2009年投產，生產能力1.5 Mt/a，現主采3#、15#煤層。主斜井為進風斜井，全長1956 m，坡度22°。主井采用帶式輸送機運輸，輸送皮帶全長1826 m，驅動電機為YBBP 450L1-4型隔爆型三相異步電動機，電壓1140 V，功率560 kW。

2016年對主井帶式輸送機電控系統進行了變頻改造，安裝了兩臺ZJT-630/1140型變頻器。然而改造后，設備頻繁出現阻容吸收裝置燒毀、低壓配電柜空氣開關弧光短路等現象，嚴重影響了主井皮帶的正常運行。經故障檢查和電網諧波檢測，原因為變頻器諧波干擾嚴重，造成電網電能質量下降，引發設備故障。

我國在諧波抑制方面常用以下三項措施：一是改變變壓器接法來抑制低次諧波注入電網，但對高次諧波效果不明顯；二是在變頻器上加裝平波電抗器或并聯電容來降低變頻器向電網中釋放的諧波分量，但電流畸變率和諧波含量高；三是在諧波源處加裝濾波裝置，即通過濾波裝置吸收諧波電流，對系統無功功率進行有效補償和自動反饋，從源頭避免諧振危險。其中，加裝濾波裝置對系統整體影響最小，效果最好，已成為改善電能質量的關鍵技術并廣泛應用。

此次主井帶式輸送機供電諧波危害治理改造，定制了三電平拓撲技術變頻器和根據岳城煤礦工業現場設計的電力濾波器，有效消除了諧波電流影響，確保了主井皮帶運轉可靠。

2 改造方案

2.1 變頻器主從控制

兩套變頻器的主從控制原理見圖1。

圖1 變頻器主從控制

圖1中，1#變頻器為主機，2#變頻器為從機。由集控系統通過1#變頻器控制皮帶速度，并將輸出電流大小發送至2#變頻器作為給定值；2#變頻器同時采集當前皮帶的運行速度，并將速度信號轉換為電信號作為實測值，通過計算給定值和實測值的偏差大小來對1#變頻器進行負反饋調整，實現兩機的協同控制。其外圍接口接線見圖2。

圖2 變頻器外圍接口

2.2 濾波器控制

濾波器工作原理見圖3。

圖3 濾波器工作原理

圖3中在變頻器的前后接入專用濾波器，可以有效避免諧波干擾，對電網無功功率因數進行補償，同時對電機本身的脈寬調制輸出電壓進行改良，使其轉變為與電流同頻的正弦波電壓，實現供電系統的安全可靠。

3 改造過程

3.1 更換變頻器

主井皮帶驅動電機原采用的ZJT-630/1140變頻器存在如下問題：一是電機容量為560 kW，變頻器容量也為560 kW，沒有冗余；二是變頻器自身產生諧波比較嚴重。

替換原變頻器為2臺國內一線品牌深圳英威騰DSDD-G3000系列變頻器，電壓等級1140 V、功率630 kW，滿足了主井皮帶電機控制系統的要求。

3.2 加裝濾波器

除了變頻器本身減少諧波的產生外，選用英威騰OCL395A006512-1的濾波器治理諧波。安裝方法如下：

（1）在變頻器與電源端增加濾波器。能夠從源頭控制諧波干擾，有效抑制浪涌和峰值電流，避免電力線擾亂發生跳閘，提高實際功率因數。

（2）在輸出端增加濾波器。考慮到變頻器與電機的電纜距離可能較遠（超過50 m），可在輸出端配置濾波器。作用如下：有效抑制dv/dt、過電壓、電機過熱和渦流損耗引起的電機過早損壞；顯著延長電機壽命；降低變頻器IGBT 脈沖負載以及長電機屏蔽線纜上的計生損耗；降低電機噪音；減少對附近設備的線路干擾傳播。

圖4為加輸入電抗器濾波器與未加濾波器的輸出測試對比，可以看出加入濾波器后，諧波大大的削弱。

3.3 更換配電柜

主皮帶設備都掛接在進線柜上，不能滿足安全設計要求；另外進線柜斷路器和相關保護裝置老化，對生產帶來重大安全隱患。因此對1140 V低壓柜進行了改造。配電柜依照原配電設計，選用智能斷路器替代原有饋電開關，對電路諧波做到高效檢測與保護，有效避免諧波對配電柜內部器件造成損壞，同時配電柜直接作為變頻器的進線控制柜。

3.4 安裝調試

主井皮帶停產檢修前，工作人員將變頻器柜、低壓配電柜等設備和工具輔材運輸到指定位置，對設備進行2h的上電調試。設備正常運行之后，觀察系統運行情況，對治理效果進行監測，做好及時有效的反饋。

4 結語

通過更換變頻器、加裝濾波器等措施，有效降低了諧波對主井帶式輸送機電網和控制系統的干擾，杜絕了阻容吸收過電壓造成的爆裂事故。按每月發生1次停車事故，每次停車事故恢復時間1h；每天8 h產煤量為4100 t ，每h運煤513 t；市場煤炭450元/t計算，可挽回停車事故造成的損失277.02萬元。

圖4 增加濾波器前后效果對比