智能永磁直驅系統在帶式輸送機上的應用

劉海波

（山西焦煤汾西礦業（集團）有限責任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033000）

引言

部分生產能力較高的煤礦布置的帶式輸送機運輸距離普遍在1 000 m 以上，輸送帶寬度也由以往的1.0～1.2 m 擴展至1.4～2.0 m，輸送機運輸量達到2 500 t/h 以上[1]。大運量帶式輸送機應用雖然可滿足煤炭運輸需要，但是給輸送機驅動系統提出了更高的要求[2]。眾多的研究學者對帶式輸送機驅動系統展開研究，其中陳艷等[3]提出采用CST 驅動系統控制帶式輸送機運行，現場應用后雖然可滿足生產需要，但是由于布置的傳感器類型、數量較多，也存在驅動系統可靠性以及穩定性不足等問題；張更業[4]提出將變頻器調速驅動系統應用到帶式輸送機控制中，但是由于采用傳統的異步電機，驅動系統結構復雜。為此，提出將智能永磁直驅系統在帶式輸送機中，并對應用效果進行具體闡述，以期能在一定程度上提升煤礦帶式輸送機運輸系統工作效率。

1 某礦11506 工作面概況

山西某礦11506 工作面開采11 號煤層，煤層厚度平均5.9 m，賦存穩定，采用綜放開采工藝，工作面回采巷道長度平均2 560 m。礦井以往采面帶式輸送機運輸均采用傳統的液力耦合器啟動方式，在啟動過程中存在電壓波動幅度大、設備故障率高以及電氣、機械沖擊嚴重等問題，已不能滿足采面煤炭高效運輸需要。經過考察分析，礦井決定引用智能永磁直驅系統用以控制帶式輸送機運行。

2 智能永磁直驅系統結構組成及運行監控

2.1 系統結構組成

11506 工作面運輸巷內布置的帶式輸送機長度為2 563.5 m，驅動電機為2 臺永磁同步電機（型號TBVF-630YC），電機直接帶動驅動滾筒運轉，采用2臺變頻器（型號BPJ1-800/1140）為永磁同步電機變頻電流，變頻器供電電源為2 臺移動變壓器（型號KBSGZY-1600/10/1.14），2 臺組合開關控制冷卻系統（FS700L-65B）運行。帶式輸送機驅動系統運行通過KTC101 智能控制系統控制，具體工作流程為：控制系統控制指令通過可編程控制器（型號KXJ127）控制變頻器以及組合開關啟停[5]。具體智能永磁直驅系統電路結構見圖1。

圖1 智能永磁直驅系統電路結構

KTC101 智能控制系統對帶式輸送機運行的各類信號進行監測，若未接收到急停信號且輸送機沿線布置的溫度、煙霧、堆煤以及跑偏等各傳感器監測值均在正常范圍時，表明輸送機具備啟動條件，按下啟動鍵后啟動指令發送給可編程控制器[6]?？删幊炭刂破髟诖_定變頻器無故障、永磁電機內部溫度信號正常后，首先啟動1 號、2 號冷卻系統，通過光纖將啟動信號傳輸給變頻器，變頻器啟動帶動永磁電機正常運轉，并在預定時間內達到設定運轉速度。

2.2 運行監測

運行監控是確保智能永磁直驅系統持續高效運行的基礎，具體系統運行監測流程見下頁圖2。

圖2 系統運行監測流程

KTC101 智能控制系統接收到的帶式輸送沿線各傳感器監測信號均正常時，且未收到急停信號，即可向可編程控制器發出啟動指令，實現帶式輸送機啟動。在啟動過程中變頻器內部無緊急情況且光纖通信均正常時方可正常啟動。當變頻器系統絕緣在1 MΩ 以上且電壓在969～1 311 V 范圍內時，變頻器主接觸開關（KM1）自動閉合；中間直流電壓介于1.35U1max～0.6U1min（其中U1max、U1mim分別表示直流電壓1 210 V、425 V），電壓脈動在13%以內時，觸發器工作，驅動IGBT 運行，變頻器輸出的電流頻率增加、永磁電機處于加速運行狀態；當永磁電機運行速度達到設定值后，驅動系統正常運行。若驅動系統在預定時間內未達到設定速度，則停止啟動。在驅動系統正常工作時，若發現電動機負載現在增加且轉矩超過設定值時，則認為電動機出現堵轉故障，驅動系統停止運行。

當供電系統出現瞬間掉電時，傳動系統可利用電動機動能維持繼續運轉，變頻器主接觸器仍處于吸合狀態，當電網恢復供電后即可投入正常運行。

3 智能永磁直驅系統應用分析

3.1 帶式輸送機驅動系統改造

將11506 工作面運輸巷帶式輸送機驅動系統改為永磁電機直接帶動驅動滾筒運行方式，同時為了降低運輸過程中粉塵、煤泥等對智能永磁驅動系統影響，將驅動系統布置在距離輸送機機頭150 m 位置。采用2 臺型號TBVF-500/80YC（660/1140）永磁電機、2 臺型號BPJ-630/1140 變頻器帶動滾筒運行。采用智能永磁直驅系統后電動機通過脹套連接驅動滾筒，在變頻器拖動下運行。不僅可實現帶動輸送機軟啟動而且可根據煤炭運輸量調整帶式輸送機運行速度。

3.2 應用效果分析

11506 工作面運輸巷帶式輸送機智能永磁直驅系統于2020 年8 月安裝調試完成，截止到2021 年1 月，該智能永磁直驅系統均可正常運行，未出現任何故障。KTC101 智能控制系統可根據沿線布置的傳感器控制帶式輸送機運行，表現出較好的應用效果。

帶式輸送機年運行時間為360 d、每天運行時間為16 h，電費為1.0 元/kWh，則傳統的液力耦合器驅動系統與智能永磁直驅系統應用效果對比情況見表1。

表1 液力耦合器驅動系統與智能永磁直驅系統應用對比表

從表1 看出，采用智能永磁直驅系統后帶動輸送驅動系統傳動效率較液力耦合器驅系統高42.1%；驅動系統按照10 年使用周期計算，采用智能永磁直驅系統較傳統的液力耦合器驅系統可節省投入為3 821.4 萬元。

4 結論

1）智能永磁直驅系統較傳統的液力耦合器驅系統具有結構簡單、免維護等優點，同時在井下使用過程中可顯著降低帶式輸送機綜合能耗以及運輸成本。

2）KTC101 智能控制系統可接收帶式輸送機沿線布置的各類安全傳感器監測結果，提升帶式輸送機運行安全保障能力，且可依據輸送機煤炭運輸量調整驅動系統輸入功率，從而降低綜合使用成本。

3）智能永磁直驅系統在11506 工作面運輸巷帶式輸送機上運行平穩，系統穩定性較強、可實現重載啟動，在一定程度上提升了采面煤炭運輸效率。