膠帶輸送機供電可靠性和節電變頻技術的改進

曹 平

（同煤集團塔山煤礦，山西 大同 037000）

引言

帶式輸送機是煤礦運輸的主要設備，具有運輸量大、運輸成本低等諸多優勢。塔山煤礦自引入DTL140 膠帶輸送機以來，膠帶運輸承擔著塔山煤礦的煤炭運輸任務，其運轉的可靠性直接影響正常生產。在實際應用過程中不斷改進和創新，最典型的改進是供電可靠性技術改進和節電變頻技術改進，通過兩項改進進一步提高了DTL140 膠帶輸送機的運輸可靠性，實現了節能降本。

1 塔山煤礦概況

塔山煤礦礦井設計年產原煤1 500 萬t，原煤平均容量在1.46 t/m3，平均煤厚15.18 m，屬于緩傾斜煤層，塔山煤礦1070 西翼皮帶巷根據生產銜接需求，鑒于膠帶機生產周期，臨時布置一部帶寬1 400 mm 伸縮膠帶機用于原煤生產運輸。該部膠帶機總體規劃：機長3 200 m，頭部安裝4 臺驅動，布置方式為1∶1∶1∶1，中部安裝2 臺驅動計劃，布置方式1∶1；該部膠帶機機長949.428 m，頭部安裝四臺驅動，三用一備，布置在2113 巷與5113 巷之間，驅動裝置距膠帶機頭205 m，儲帶倉安裝5 倉，最大儲帶70 m，無甩帶裝置。設計帶速V=4.5 m/s，運輸能力Q≤3 500 t/h。

2 供電可靠性技術改進

2.1 問題的提出

塔山煤礦應用皮帶輸送機前期，采用的組合開關啟動模式多次出現供電故障，導致整個皮帶運輸系統都將處于癱瘓狀態。為確保一臺組合開關發生故障時，另一臺組合開關能夠立即投入運行，塔山煤礦工程技術人員設計了皮帶機雙回路供電系統，并成功投入使用，其原理圖如圖1 所示[1-2]。

圖1 皮帶機雙回路供電系統原理圖

該供電系統的優點是組合開關一用一備，出現供電故障后不需進行搶修，即可直接切換至另外一回路進行供電，從而縮短因供電故障影響作業時間。但該系統存在缺點是在使用過程中，如果操作人員誤操作，在一回路沒有完全停電的情況下，對二回路進行供電，極易造成控制變壓器燒毀、電機因相間短路而燒毀等事故。

2.2 改進方案

針對以上情況，塔山煤礦工程技術人員通過加設四個繼電器實現對雙回路供電的安全性和可靠性的改進，改進為皮帶機雙回路互閉鎖啟動裝置，其工作原理如下圖2 所示[2-3]。

圖2 皮帶機雙回路互閉鎖啟動裝置工作原理

圖中：J1～J4 為繼電器，其中繼電器J1、J2 為常開，送電后閉合；J3、J4 常閉送電后斷開。一回路開關送電過程：一回路送電控制變壓器輸出36 V，繼電器吸合，J1、J2 閉合，J3、J4 斷開，設備具備啟動條件，皮帶司機按下啟動按鈕，一回路啟動。此時，二回路控制線處于斷開狀態，即使二回路開關送電，電路仍處于斷路狀態，不會給皮帶系統進行供電。二回路開關送電過程的原理與一回路開關相同，皮帶相同不供電，不會導致控制變壓器燒毀、電機因相間短路而燒毀等事故。

2.3 改進效果

該改進方法應用后兩條回路不會同時供電，不會導致人為誤操作而引發的控制變壓器燒毀、電機因相間短路而燒毀等事故。繼電器開關接線方式簡單，具有成本低、體積小、安全性高，常開常閉性能可靠，雙回路互閉鎖啟動裝置是通過繼電器的工作來實現的，可以解決兩回路同時供電不可靠的弊端。

雙回路互閉鎖啟動裝置避免了因工作人員失誤操作，給兩個回路同時送電，減少了停機時間，有效保護了電氣元件，進一步提高了皮帶運轉效率。

3 節電變頻技術改進

3.1 問題的提出

塔山煤礦采用的DTL140 膠帶輸送機，隨著應用不斷深入，發現皮帶機存在諸多問題，主要體現在以下方面：輸送機膠帶易出現撕裂、斷帶情況。煤炭運輸過程中，由于上料不均勻導致皮帶受力不均，加上皮帶在超負荷運轉情況下，皮帶短時間內承受巨大的張力，若輸送帶的抗拉強度達不到要求，會導致輸送帶撕裂額或者斷裂現象發生；皮帶啟動電流過高。DTL140 膠帶輸送機改造之前，啟動時產生的啟動電流是額定電流的6 倍，常常導致電機線圈的燒損。

3.2 改進方案

3.2.1 膠帶輸送機變頻控制系統改進方案

膠帶輸送機變頻控制系統改進在保留原有控制系統的前提下，對控制系統的接觸線圈控制回路進行全面優化，優化改進后的工作回路如圖3 所示[4-5]。

圖3 膠帶輸送機工作回路示意圖

在皮帶機的機頭控制箱內安裝4 個繼電器，分別控制皮帶機堆煤保護、跑偏保護、急停保護、停止4 項功能，在控制臺上安裝相對應的轉換開關、按鈕、指示燈。堆煤保護繼電器（1 號繼電器）線圈與1號指示燈連接，處于常開狀態；皮帶出現堆煤后常開點轉為閉合狀態，1 號繼電器與1 號指示燈通電，指示燈亮起。堆煤保護、跑偏保護、急停保護功能的設計和堆煤保護相同，通過控制臺上信號指示燈明確判斷停機原因。

配置2 臺計算機，在計算機中安裝組態軟件，其中1 臺正常使用，另1 臺做為備用。在主機和從機上，均安裝有工業用組態軟件,具畫面均模擬井下各皮帶設備,可以在組態畫面中點擊皮帶電機的啟動按鈕控制皮帶的起停，并在信息欄中顯示井下各皮帶工作狀態，電機功率(電流)皮帶機速度，畫面中還模擬有各種保護的形狀，通過組態程序對井下各保護進行監控，一旦有保護報警，組態畫面中能顯示出報警狀態，同時程序中還設置有歷史信息存儲界面,可以查閱歷史電流、功率、故障等信息。

3.2.2 膠帶輸送機節電變頻改進方案

1）啟動方式優化。經過反復試驗，對皮帶輸送機的啟動方式進行優化，采用ATS48 軟啟動器。該啟動器能夠有效控制啟動條件，保障皮帶運行工效率。在帶式輸送機啟動時，該啟動器能夠有效延緩啟動，啟動電流穩步上升到設定值，有效避免電流過大對電機設備的沖擊；重載啟動或停機時，軟啟動器能夠有效釋放輸送帶的運轉張力，避免撕裂、斷帶情況的發生[6]。

2）變頻優化方案。塔山煤礦采用北京華?；鶚I機械設備有限公司生產的變頻調速一體式電動機，該變頻一體驅動電機是一種普通的集成了變頻器的三相異步電機，能實現電機運轉速度的可調可變，不同的加速時間，不同的電機轉向和多臺電機之間的轉矩控制，電機參數如表1 所示[7-8]。

表1 變頻調速一體式電動機參數

3.3 改進效果

變頻一體電機的應用有效解決了輸送機膠帶易出現撕裂、斷帶以及皮帶啟動電流過高問題。并且具備以下優點：有效延長皮帶機使用壽命，加速時電流低有效降低用電單耗實現節能，驅動器機構簡單、處理安裝方便并且能夠顯示皮帶機運輸過程中的相關信息。

4 結論

通過供電可靠性改造，通過加裝繼電器方式，在低投入的基礎上實現實現皮帶運轉供電可靠性能，有效避免了人為誤操作而引發的控制變壓器燒毀難題；通過膠帶輸送機節電變頻改進，可靠地解決了輸送機膠帶易出現撕裂、斷帶問題以及皮帶啟動電流過高難題。兩個技術改進的應用，極大地提高了塔山煤礦DTL140 膠帶輸送機的運行效率和安全系數，為安全高效生產打下了堅實基礎。