高壓變頻一體機(jī)在綜采工作面刮板輸送機(jī)的應(yīng)用分析

任劍軍

(山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司，山西 靈石 031300)

綜采工作面中，刮板輸送機(jī)是主要的運(yùn)輸設(shè)備。隨著技術(shù)進(jìn)步，其驅(qū)動方式也在不斷更新。常規(guī)刮板輸送機(jī)的驅(qū)動方式包括電機(jī)+減速器+耦合器、電機(jī)+減速器+限矩器等。刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)時(shí)常發(fā)生輕載、空載，導(dǎo)致刮板輸送機(jī)機(jī)械磨損嚴(yán)重，無功損耗大[1-3]。隨著變頻技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用推廣，變頻驅(qū)動刮板輸送機(jī)在井下的應(yīng)用更加廣泛，在節(jié)能、提高生產(chǎn)效率等方面表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢，為智能化綜采工作面構(gòu)建創(chuàng)造了良好基礎(chǔ)[4-6]。文中闡述了高壓變頻一體機(jī)在刮板輸送機(jī)上的應(yīng)用效果，其不僅具有技術(shù)先進(jìn)、可靠等優(yōu)勢，而且有效地解決了重載啟動時(shí)面臨的電氣沖擊及機(jī)械沖擊大等問題，在一定程度上提升了刮板輸送機(jī)的工作效率。

1 工程概況

山西某礦回采的5號煤層平均厚度3.2 m(其中夾雜1～3層泥巖、炭質(zhì)泥巖夾矸)，傾角5°，埋藏深度350～420 m.5號煤層直接頂及基本頂分別為泥巖、粉砂巖，厚度分別為2.9 m、7.8 m；直接底及基本底分別為炭質(zhì)泥巖、石灰?guī)r，厚度分別為1.2 m、5.2 m.5303綜采工作面回采5號煤層，采面斜長230 m，鋪設(shè)的刮板輸送機(jī)型號為SGZ800/1050，采用雙電機(jī)驅(qū)動方式，電機(jī)功率為1 050 kW.改造前，5號煤層綜采工作面回采時(shí)，刮板輸送機(jī)驅(qū)動采用傳統(tǒng)驅(qū)動方式，即電機(jī)+減速器+液力耦合器方式，2021年6月以后采用高壓變頻一體機(jī)+減速器驅(qū)動方式。

2 高壓變頻一體機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理

高壓變頻一體機(jī)結(jié)構(gòu)包括變頻器、電機(jī)，其中變頻器結(jié)構(gòu)包括主電路、顯示屏、控制電路以及驅(qū)動電路、顯示屏等。其中電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[7-8]。

圖1 高壓變頻一體機(jī)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1) 為實(shí)現(xiàn)高壓變頻器變頻功能，主電路采用交-直-交結(jié)構(gòu)，具體如圖2所示，電路經(jīng)過接觸器、電抗器以及六脈沖整流，隨后通過電力電容實(shí)現(xiàn)濾波穩(wěn)壓操作，最后通過IGBT逆變電路實(shí)現(xiàn)直流-交流逆變，主電路可實(shí)現(xiàn)電流頻率、電壓調(diào)節(jié)。

圖2 主電路交-直-交結(jié)構(gòu)示意圖

2) 控制電路用于信息處理及控制，具體功能有以下兩個(gè)方面：①完成數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)交互時(shí)需要使用驅(qū)動單元及光纖，控制信號為IGBT能夠驅(qū)動信號；②實(shí)現(xiàn)信息顯示，將采集并處理好的信息在顯示屏上顯示，同時(shí)可接收外部下達(dá)指令，以便實(shí)現(xiàn)高壓變頻器運(yùn)行控制[9]。

3) 驅(qū)動電路能夠預(yù)先處理系統(tǒng)溫度、電壓及電流信息，同時(shí)可接收IGBT觸發(fā)信號，控制內(nèi)容包括IGBT光斷時(shí)間及導(dǎo)通時(shí)間。

4) 外部循環(huán)水冷系統(tǒng)。外部循環(huán)水冷系統(tǒng)是電氣系統(tǒng)重要的組成單元，是保障電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。系統(tǒng)通過直供管路供水，供水壓力在3 MPa以內(nèi)，水溫25 ℃以內(nèi)，流量30 L/min以上，通過減壓處理后實(shí)現(xiàn)開放式直排。

5) 變頻器附屬電路包括變頻器控制、保護(hù)電路等，主要包括壓敏抑制器、直流接觸器、輸入及輸出電路等。

6) 顯示屏及指示燈。在高壓變頻器非驅(qū)動端有指示窗及顯示屏，顯示屏?xí)@示直流母線電壓、輸出功率、輸出電流頻率以及電機(jī)轉(zhuǎn)速等；當(dāng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，會在顯示屏上顯示故障信息并進(jìn)行自動處理。

3 高壓變頻器現(xiàn)場應(yīng)用分析

3.1 改造方案

5303綜采工作面鋪設(shè)的SGZ800/1050刮板輸送機(jī)長度為230 m、額定運(yùn)輸量1.5 kt/h、鏈速1.1 m/s.為確保刮板輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，采用單側(cè)雙驅(qū)動方式進(jìn)行改造，在機(jī)頭架組件采空側(cè)安裝馬達(dá)緊鏈裝置以及減速器等。在SGZ800/1050刮板輸送機(jī)機(jī)頭及機(jī)尾側(cè)各布置1臺高壓變頻一體機(jī)，并通過聯(lián)軸器、減速器將驅(qū)動力傳遞給機(jī)頭及機(jī)尾鏈輪，在鏈輪作用下實(shí)現(xiàn)刮板鏈閉環(huán)移動，實(shí)現(xiàn)煤炭外運(yùn)。驅(qū)動裝置采用的減速器為WBPL-350型，傳動比39∶1.

采用的高壓變頻一體機(jī)型號為YJVFG-400M-4T，變頻部分采用六脈沖整流，前級供電變頻器容量較高壓變頻一體機(jī)容量高1.25倍。由于刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾各安裝1臺高壓變頻一體機(jī)，為實(shí)現(xiàn)功率平衡并提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，通過2臺二次側(cè)分別為△接、Y接變壓器供電，采用的供電方式可減少對供電電網(wǎng)的諧波干擾，具體供電線路連接如圖3所示。若電源為高壓變頻器外的其他設(shè)備供電，應(yīng)增加安裝饋電開關(guān)、磁力啟動器等控制設(shè)備。

圖3 高壓變頻一體供電線路連接示意

為實(shí)現(xiàn)高壓變頻一體機(jī)輸出轉(zhuǎn)速控制，并實(shí)現(xiàn)電機(jī)溫度、電流及電機(jī)故障等信息監(jiān)測，需安裝操作箱對刮板輸送機(jī)進(jìn)行控制。具體刮板輸送機(jī)高壓變頻器運(yùn)行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括操作箱、KTC控制臺以及變頻調(diào)速一體機(jī)等。KTC操作臺與控制箱連接后，控制臺向操作箱發(fā)出開關(guān)量啟停信號即可實(shí)現(xiàn)高壓變頻一體機(jī)啟停控制；操作箱收到啟動信號后，發(fā)出啟動、轉(zhuǎn)矩以及速度信號，并通過CAN總線方式將信號傳輸給高壓變頻一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制。控制電纜為雙線通信電纜并帶屏蔽層，電纜截面積在0.5 mm2以上。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用效果

刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)需要克服運(yùn)輸物料、鏈條及刮板鏈的摩擦阻力，采用高壓變頻一體機(jī)驅(qū)動時(shí)，節(jié)能效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①提升電網(wǎng)功率因數(shù)，減少無功功率產(chǎn)生的熱損耗。②省去CTS、液力耦合器等中間環(huán)節(jié)驅(qū)動裝置，提升驅(qū)動系統(tǒng)動能傳遞效率；③可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)調(diào)速節(jié)能；④重載啟動時(shí)不會產(chǎn)生機(jī)械及電氣沖擊，降低電機(jī)損耗。

2021年6月，高壓變頻一體機(jī)在SGZ800/1050刮板輸送機(jī)上應(yīng)用，該采面持續(xù)生產(chǎn)超過8個(gè)月，累積推進(jìn)長度超過800 m，采面最高煤炭產(chǎn)量超過8.0 kt/d.對高壓變頻一體機(jī)應(yīng)用前后采面產(chǎn)量以及耗電量等進(jìn)行對比分析，采用高壓變頻一體機(jī)后，刮板輸送機(jī)電能消耗降幅超過15%，同時(shí)在刮板輸送機(jī)運(yùn)行期間設(shè)備故障率低、損耗小，生產(chǎn)效率在一定程度上有所提升。

4 結(jié) 語

刮板輸送機(jī)是綜采工作面重要組成設(shè)備，高壓變頻一體機(jī)具備性能優(yōu)越、技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。將先進(jìn)且可靠的驅(qū)動方式應(yīng)用到刮板輸送機(jī)上，可提升采面煤炭運(yùn)輸效率。將高壓變頻一體機(jī)應(yīng)用到刮板輸送機(jī)上后，可有效解決刮板輸送機(jī)重載啟動沖擊力大、啟動力矩小等問題。現(xiàn)場應(yīng)用后，刮板輸送機(jī)運(yùn)行電能消耗降低超過15%，節(jié)能效果顯著，同時(shí)高壓變頻一體機(jī)運(yùn)行期間各組成部件故障發(fā)生率低、損耗小，可在一定程度提升刮板輸送機(jī)運(yùn)行效率并提高采面機(jī)電設(shè)備整體穩(wěn)定性。