10 kV防爆高壓變頻器在主煤流系統上的應用

許隨利　秦志強

摘 要：為解決趙固二礦西膠帶大巷帶式輸送機啟動時電流和啟動力矩大、驅動電機損壞較為頻繁的難題，改造使用BPBJV-1600/10型10 kV防爆高壓變頻器。本文介紹了10 kV防爆高壓變頻器在主煤流輸送系統中的應用方案、調速控制策略及運行數據分析。實踐證明，改造后的系統實現了設備平穩啟停，降低了設備故障率，減少了電能消耗，提高了系統運行可靠性。

關鍵詞：防爆高壓變頻器;功率平衡;軟啟停控制;節能

中圖分類號：TD528.3文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）07-0076-03

Abstract： A 10 kV explosion-proof high-voltage inverter of model BPBJV-1600/10 had been applied to the belt conveyor of the West Belt Road of Zhaogu No.2 Coal Mine to solve the problems of large starting current and torque and frequent damage to the drive motor when the conveyor starts. The application scheme， speed control strategy and operation data analysis of the explosion-proof high-voltage inverter in the main coal flow transmission system were introduced. It has been proved by practice that the reformed system can realize the smooth start and stop of the equipment， reduce the failure rate of the equipment， reduce the power consumption and improve the operation reliability of the system.

Keywords： explosion-proof high-voltage inverter;power balance;soft start and stop control; energy saving

趙固二礦西膠帶大巷帶式輸送機主要負責礦井西部采掘工作面的原煤運輸工作，帶式輸送機型號為DTL140/300/3×710，帶寬1 400 mm，運輸能力3 000 t/h，帶速4 m/s，巷道坡度4.7°～16°，軟啟動方式為10 kV高壓磁力起動器配合恒充式液力耦合器。采用該啟動器的原因是使用液力耦合器啟動時電流過大，啟動力矩大，損壞電機較為頻繁。14030一次采全高工作面投產后，西膠帶負荷增大，系統運行不確定性因素增加，無法保證生產性。

為解決上述難題，趙固二礦于2019年5月開始對西膠帶大巷帶上輸送機供電系統、驅動部分進行改造，投運10 kV防爆高壓變頻器，實現了設備平穩啟停，降低了設備故障率，節約了電能消耗，提高了系統運行可靠性[1]。

1 西膠帶變頻改造技術方案

1.1 現場工況介紹

趙固二礦西膠帶大巷輸送機原系統由3臺710 kW/10 kV電機拖動，原電機調速設備為軟啟動器系列。由于在運行過程中使用軟啟動時啟動電流過大，損壞電機較為頻繁，為確保生產穩定性，考慮改用變頻控制方案。考慮到現場實際情況，配置BPBJV-1600/10型10 kV防爆高壓變頻器，采用一拖二形式，2臺10 kV防爆高壓變頻器采用同步控制。

1.2 10 kV防爆高壓變頻器技術的先進性

BPBJV-1600/10型10 kV防爆高壓變頻器由隔爆外殼、48脈波整流移相變壓器、功率單元、主控制系統及冷卻系統構成，是基于先進矢量控制技術的超低諧波高壓變頻器，可以較好地滿足煤礦井下輸送設備10 kV防爆電動機的調速軟啟軟停控制需要。該變頻器具有以下技術要點。

①采用最新一代矢量控制的力矩控制模式，可實現低速大力矩，允許更高的過載和啟動力矩，轉矩響應快[2]。

②采用48脈沖超低諧波移相整流技術和多重化整流技術、多電平逆變技術，變頻器輸入側電壓諧波失真率小于2%，變頻器輸出波形接近完美正弦波，實現綠色變頻控制。

③具備功率平衡和軟啟軟停控制功能，通過光纖及優異的功率平衡算法控制電機輸出功率平衡，加/減速度時間在4～360 s可調。

③優化了基于電機轉矩的主煤流輸送系統煤量估算公式，能根據變頻器驅動電機運行時的輸出轉矩自動估算輸送機上的煤量，并進行智能調速;通過連續分析某一時段內電流或轉矩值得出當前皮帶上的煤量，然后理論計算出皮帶最佳運行頻率，并控制變頻器按照此頻率運行。

1.3 10 kV防爆高壓變頻器改造電氣技術方案

如圖1所示，1#、2#變頻裝置為BPBJV-1600/10型10 kV防爆高壓變頻器，保留現場原有帶式輸送機控制箱時，增加一個帶式輸送機變頻集控系統。該集控系統可根據工藝需求，實現對2臺變頻裝置的主從控制設置，完全滿足用戶現場生產需求。

每臺BPBJV-1600/10型10 kV防爆高壓變頻器可控制2臺電機，即控制方案為一拖二。2臺BPBJV-1600/10型10 kV防爆高壓變頻器之間通過主從光纖連接，實現主從通信和主從控制，達到電機同步啟停、同步調速、功率平衡的目的。

變頻器命令模式主要有本地與遠控兩種：本地模式就是變頻器的啟停操作及速度給定通過變頻器的觸摸屏控制，遠控就是通過硬接點或通信給定。變頻器控制模式有獨立主機或從機模式。BPBJV-1600/10型10 kV防爆高壓變頻器同步控制方式采用主從控制方式，由主機接收防爆控制箱命令，從機根據主機狀態及命令調整運行狀態，最終實現多臺變頻裝置同步運行。

2 10 kV防爆高壓變頻器運行數據分析

BPBJV-1600/10型10 kV防爆高壓變頻器在2019年6月6日開始下井進行安裝調試，并于2019年6月20日開始正式投入生產運行，在后續運行中逐步調試完成變頻器所有驅動模式和功能，在近6個月運行中，穩定性良好。變頻器驅動電機過程中，加速平穩，下面主要通過對變頻器加速過程與穩定運行過程中的數據進行分析繪制出運行電流與運行電壓的數據曲線。

在主從變頻器驅動2臺電機的運行模式下，選取一個時間段對2臺變頻器（一拖一）同步驅動2臺電機的數據曲線進行分析，分別繪制出主從機在加速過程與運行過程中電流電壓及頻率曲線。圖2是主機和從機在加速過程中電流與頻率曲線，圖3是主從機電壓在加速過程中的電壓曲線。

從圖1與圖2可以看出，主從機在啟動加速過程中電流與電壓曲線基本處于平衡狀態，啟動電流相對于直接啟動電流小很多，電機加速也非常平穩，輸出電壓與輸出頻率成線性正相關。在運行到全頻時，主從機電流波動在2 A之內，如此電機在牽引滾筒驅動帶式輸送機的過程中帶式輸送機的張緊度處于動態平衡中，不會出現一個滾筒拖拽另一個滾筒的現象。

接下來將選取一段在同步穩定運行狀態下的電壓和電流數據進行分析，通過圖4與圖5來反映主從機輸出電流與電壓的動態平衡。

從圖4可以看出，主機電流與從機電流在穩定運行過程中基本都在16～18 A波動。從圖5可以看出，主從機輸出電壓曲線基本在一個水平線平衡波動。

以上選取了2臺變頻器（一拖一）同步驅動2臺電機（同步雙驅）運行模式的運行數據，分別繪制了在加速過程及穩定運行中電流、電壓曲線。變頻器一拖二模式與一拖一模式原理相同，區別在于電機的總額定功率增加了一倍，電流曲線在單驅模式基礎上會相應增加一倍。變頻器三驅同步模式（主機一拖二，從機一拖一）與同步雙驅模式（主從都是一拖一）的電流曲線也是基本相同：單機電機運行電流誤差在2 A之內。

3 10 kV防爆高壓變頻器節能分析

10 kV高壓防爆變頻器采用負載自適應調速節能控制策略，在采集和分析主煤流輸送系統以往運行數據的基礎上，根據實際主煤流輸送系統運行特點，創造性地提出了基于電機轉矩的主煤流輸送系統煤量估算公式，能根據變頻器驅動電機運行時的輸出轉矩自動估算輸送機上的煤量并智能調速。根據檢測的實際負荷比例判斷將皮帶輸出的檔位分為高、中、低三檔，在負載達到所設定負載比例及檢測時間后，調速到對應的速度檔位，有助于帶式輸送機的節能降耗，提高電能的使用效率。

目前，西膠帶大巷帶式輸送機運行模式為主從變頻器帶2臺電機的運行模式。14030工作面正常生產期間，2臺電機負荷電流在20～25 A，根據實時煤量檢測調整帶式輸送機運行速度，西膠帶四點班、零點班低煤量運行時間約2.5 h，八點班低煤量運行時間約3 h。按照低煤量時運行速度降低、符合率降低30%計算，每月可節約電能消耗為：

西膠帶10 kV防爆高壓變頻器投運后，預計每月可節約電費消耗4.24萬元，預計每年可節約電費消耗50.88萬元。

4 結語

通過大量的實際數據分析，10 kV防爆高壓變頻器在西膠帶大巷帶式輸送機的穩定運行和節能降耗上有著十分重要的作用與意義。項目推廣應用將為煤炭企業實現智慧化礦山、節能降耗、降低生產成本、實現安全生產提供技術保障，促進煤炭行業技術進步。

參考文獻：

[1]王廷才.變頻器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]張選正.變頻器應用技術與實踐[M].北京：中國電力出版社，2009.