摘 要：本文介紹了風(fēng)光牌高壓變頻器在登電集團(tuán)新玉煤礦皮帶輸送系統(tǒng)的應(yīng)用情況，對(duì)應(yīng)用案例進(jìn)行了介紹。結(jié)果表明，在煤礦皮帶輸送系統(tǒng)上采用高壓變頻器具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器 皮帶機(jī) 應(yīng)用

1引言

皮帶機(jī)在煤礦上的使用非常普遍，特別是在一些大型煤礦上。皮帶機(jī)上的皮帶是一個(gè)彈性體，在靜止或運(yùn)行時(shí)皮帶內(nèi)貯藏了大量的能量，在皮帶機(jī)啟動(dòng)過程中，如果不加設(shè)軟啟動(dòng)裝置，皮帶內(nèi)貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳輸出去。過大的張力波極易引起皮帶被撕斷。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，帶式輸送機(jī)必須加設(shè)軟啟動(dòng)裝置。

2 用戶情況介紹

登電集團(tuán)新玉煤礦屬登電集團(tuán)下屬的地方國(guó)有煤礦，井田面積10.8674km2，保有地質(zhì)儲(chǔ)量2754萬噸，可采儲(chǔ)量2088萬噸，采用斜井皮帶機(jī)由井下向地面運(yùn)煤，皮帶機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。皮帶拖動(dòng)電機(jī)315kW/10kV，基本參數(shù)如表2所示。礦領(lǐng)導(dǎo)在皮帶機(jī)電機(jī)如何拖動(dòng)問題上，經(jīng)調(diào)查，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)煤礦的皮帶輸送機(jī)一般都采用工頻拖動(dòng)，附加液力耦合器調(diào)速，較少使用變頻器驅(qū)動(dòng)。

經(jīng)過研究，認(rèn)為液力耦合器雖然能部分解決皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)問題，但與變頻器驅(qū)動(dòng)相比，有以下劣勢(shì)：

（1）采用液力耦合器，電機(jī)必須先空載啟動(dòng)。工頻啟動(dòng)時(shí)，最初的電流很大，為電機(jī)額定電流的4～7倍。大的啟動(dòng)瞬間電流會(huì)在啟動(dòng)過程中產(chǎn)生沖擊，引起電機(jī)內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力發(fā)生變化，對(duì)機(jī)械部分造成嚴(yán)重磨損甚至損壞。同時(shí)還將引起電網(wǎng)電壓下降，影響到電網(wǎng)內(nèi)其它設(shè)備的正常運(yùn)行，因此，大容量的皮帶機(jī)還必須附加電機(jī)軟啟動(dòng)設(shè)備。

（2）液力耦合器長(zhǎng)時(shí)工作時(shí)，引起液體漏出，增大維護(hù)工作量，污染環(huán)境。

（3）采用液力耦合器時(shí)，皮帶機(jī)的加載時(shí)間較短，容易引起皮帶張力變化，因此對(duì)皮帶帶強(qiáng)要求較高。

綜合以上考慮，礦領(lǐng)導(dǎo)決定皮帶機(jī)電機(jī)采用高壓變頻器調(diào)速控制。

主井皮帶機(jī)是全礦的流程中樞，一旦皮帶機(jī)不能正常工作，將造成全礦停產(chǎn)，且會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。另外高壓變頻器須安裝在環(huán)境相當(dāng)惡劣，煤灰比較重，粉塵大的場(chǎng)合。因此要求高壓調(diào)速系統(tǒng)具有極高的可靠性、穩(wěn)定性、防護(hù)性?；谝陨瞎ぷ魈攸c(diǎn)，變頻器設(shè)計(jì)中須滿足的如下主要技術(shù)條件：

（1）高壓變頻器具有高可靠性、穩(wěn)定性、防護(hù)性、長(zhǎng)期運(yùn)行的質(zhì)量指標(biāo)。

（2）變頻器具有工頻運(yùn)行的旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，能夠讓電機(jī)切換到工頻運(yùn)行。

（3) 具有軟停止功能。啟動(dòng)過程要求平穩(wěn)，無沖擊。

（4) 變頻器的啟動(dòng)力矩大，不小于2倍額定力矩，滿足負(fù)載變化大的承受能力和煤炭壓帶時(shí)的再起動(dòng)的能力。

（5）須滿足煤礦電控系統(tǒng)的功能接口和監(jiān)控要求。

（6) 能夠?qū)崿F(xiàn)驗(yàn)帶功能。

經(jīng)過對(duì)國(guó)內(nèi)外各種高壓變頻器調(diào)研、比較，最后以招標(biāo)方式選擇了新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-355P型（355kW/10kV）高壓變頻器作為皮帶機(jī)的控制設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

圖1 皮帶機(jī)現(xiàn)場(chǎng)

3 新風(fēng)光JD-BP38-355P高壓變頻器基本參數(shù)

新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的JD-BP38-355P 高壓變頻器(355kW/10kV）技術(shù)參數(shù)如表3所示。

4 新風(fēng)光JD-BP38-355P高壓變頻器主要性能

風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEEE519-1992的諧波標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。2007年，高壓變頻器被評(píng)為中國(guó)名牌產(chǎn)品。多年來，新風(fēng)光對(duì)產(chǎn)品持續(xù)不斷地加大研發(fā)力度，進(jìn)行技術(shù)升級(jí)換代，目前產(chǎn)品已研發(fā)升級(jí)到第六代，該機(jī)型具有功能強(qiáng)大，可靠性高，保護(hù)齊全，多種通訊方式可供選擇，功率單元采用一次成型工藝，采用快速插拔技術(shù)，特別適合于各種惡劣環(huán)境。強(qiáng)大的功能可以輕松實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，在滿足客戶需求的同時(shí)為客戶創(chuàng)造更多價(jià)值。具體來說，風(fēng)光第六代高壓變頻器除具有一般普通高壓變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：

(1)采用高速DSP作為中央處理器，運(yùn)算速度更快，控制更精準(zhǔn)。

(2)矢量控制技術(shù)，通過測(cè)量和控制交流電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)速精度高，帶負(fù)載能力強(qiáng)。

(3)快速飛車啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。在變頻器受到負(fù)載沖擊保護(hù)后可對(duì)其自動(dòng)復(fù)位，然后再自動(dòng)啟動(dòng)，即可避免重要場(chǎng)合（如水泥廠高溫風(fēng)機(jī)）變頻保護(hù)停機(jī)造成的損失?？焖亠w車啟動(dòng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)變頻器在0.1s之內(nèi)從保護(hù)狀態(tài)復(fù)位重新帶載運(yùn)行。

(4)工頻/變頻無擾切換技術(shù)?，F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式，手動(dòng)旁路需人工操作，適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運(yùn)行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。

(5)電網(wǎng)瞬時(shí)掉電重啟技術(shù)，電網(wǎng)瞬間掉電可自動(dòng)重啟，可提供最長(zhǎng)60s的等待時(shí)間。

(6)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。

(7)振蕩抑制技術(shù)，電機(jī)輕載或者空載的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)局部不穩(wěn)定現(xiàn)象，這時(shí)電流幅值波動(dòng)很大，電流的振蕩有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)因?yàn)檫^流或過壓而觸發(fā)保護(hù)。新風(fēng)光公司采用優(yōu)越的電流算法，有效地抑制電流的振蕩，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。

(8)多機(jī)主從控制技術(shù)，變頻器具備主從控制功能，多臺(tái)變頻器之間可通過數(shù)據(jù)總線組成主從控制網(wǎng)絡(luò)。將其中的一臺(tái)設(shè)為主機(jī)，其他設(shè)為從機(jī)，主機(jī)實(shí)時(shí)采集各從機(jī)的狀態(tài)信息，同時(shí)發(fā)送給各從機(jī)頻率、轉(zhuǎn)矩指令，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)變頻器的功率平衡和綜合控制。該技術(shù)適用于皮帶機(jī)、摩擦式提升機(jī)等需要功率平衡控制的場(chǎng)合。

(9)輸出電壓自動(dòng)穩(wěn)壓技術(shù)，變頻器實(shí)時(shí)檢測(cè)各單元母線電壓，根據(jù)母線電壓調(diào)整輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓功能。避免電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響。

(10)故障單元熱復(fù)位技術(shù)，若單元在運(yùn)行中故障，且變頻器對(duì)其旁路繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)可在運(yùn)行中對(duì)故障單元進(jìn)行復(fù)位，不必等變頻器停機(jī)。

（11）單元直流電壓檢測(cè)：實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。

（12）具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能，將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生。

（13）限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負(fù)載突然變化而引起的過流保護(hù)，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。

（14）多種控制方式，可選擇本機(jī)控制、遠(yuǎn)控盒控制、DCS控制支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議頻率設(shè)定可以現(xiàn)場(chǎng)給定、通訊給定等支持頻率預(yù)設(shè)、加減速功能。

5一拖一手動(dòng)旁路控制方案

登電集團(tuán)新玉煤礦皮帶機(jī)項(xiàng)目選用JD-BP38-355P型（355kW/10kV）高壓變頻器作為皮帶機(jī)的控制設(shè)備。為防止變頻器檢修或故障對(duì)生產(chǎn)的影響，高壓變頻器配置手動(dòng)工頻旁路，將原有的電氣柜保留作為工頻旁路。皮帶機(jī)變頻控制時(shí)，將液力耦合器的效率調(diào)至最大；如果運(yùn)行中變頻器發(fā)生故障，則可以利用原有的工頻啟動(dòng)柜應(yīng)急運(yùn)行，手動(dòng)旁路電控圖如圖2所示，手動(dòng)主回路接線如圖3所示。

圖2 手動(dòng)旁路電控圖

圖3 手動(dòng)主回路接線圖

旁路柜中，共有2個(gè)高壓隔離開關(guān)，K1為單向隔離開關(guān)，K2為雙向隔離開關(guān)。當(dāng)K1、K2-2閉合，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)K1斷開，K2-1閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。

旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器DL連鎖，DL合閘時(shí)，絕對(duì)不允許操作K1、K2隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。

故障分閘：將變頻器“高壓分?jǐn)?rdquo;信號(hào)串聯(lián)于高壓開關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入；旁路投入狀態(tài)下，變頻器故障分閘無效。

保護(hù)：保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變。

6變頻器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

該套系統(tǒng)于2014年1月18日成功投運(yùn)，至今運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)任何故障。皮帶機(jī)應(yīng)用變頻具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）真正實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)。變頻器的軟啟動(dòng)功能，將電機(jī)的軟啟動(dòng)和皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)合二為一，通過電機(jī)的慢速啟動(dòng)，皮帶機(jī)緩慢啟動(dòng)，將皮帶內(nèi)部貯藏的能量緩慢釋放，將皮帶機(jī)的啟動(dòng)過程中形成的張力波極小，幾乎對(duì)皮帶不造成損害。

（2）平穩(wěn)的重載啟動(dòng)。變頻器低頻運(yùn)轉(zhuǎn)可輸出2.2倍額定力矩，適于重載啟動(dòng)。

（3）降低皮帶帶強(qiáng)。采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后，由于變頻器的啟動(dòng)時(shí)間可在1s～3600s可調(diào)，通常皮帶機(jī)起動(dòng)時(shí)間在60s～120s內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定，皮帶機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，大大降低對(duì)皮帶帶強(qiáng)的要求，大大延長(zhǎng)皮帶的使用壽命。

（4）節(jié)約電能。對(duì)應(yīng)于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，有時(shí)，煤的產(chǎn)量是極不均勻的，當(dāng)然皮帶機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)煤量也是不均勻的，在負(fù)載輕或無負(fù)載時(shí)，皮帶機(jī)系統(tǒng)的高速運(yùn)行對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的磨損浪費(fèi)較為嚴(yán)重，同時(shí)電能消耗也較低速運(yùn)行大得多，但因生產(chǎn)的需要皮帶機(jī)系統(tǒng)又不能隨時(shí)停車，采用單獨(dú)的控制系統(tǒng)對(duì)前級(jí)運(yùn)輸系統(tǒng)的載荷、本機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的載荷進(jìn)行分別測(cè)量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對(duì)于載荷不均的皮帶機(jī)系統(tǒng)，可節(jié)約電能、降低皮帶的磨損。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，與工頻狀態(tài)下相比，變頻節(jié)電效果達(dá)20%以上。

（5）節(jié)省維修費(fèi)用。采用高壓變頻器后，對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備基本無沖擊，大大延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。高壓變頻器自投運(yùn)以來，一直穩(wěn)定運(yùn)行，除正常清潔維護(hù)外，沒有發(fā)生停產(chǎn)檢修故障，這無疑節(jié)約了維修成本又保證生產(chǎn)不受損失。

（6）驗(yàn)帶功能。低速驗(yàn)帶功能是皮帶機(jī)檢修的要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)為無極調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，在空載驗(yàn)帶狀態(tài)下可調(diào)整0～100%額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速。

7結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)過登電集團(tuán)新玉煤礦皮帶機(jī)使用風(fēng)光高壓變頻調(diào)速裝置改造后，皮帶機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟起、軟停，不僅可以節(jié)約電能，而且降低維護(hù)量及維修費(fèi)用，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在皮帶機(jī)上使用技術(shù)先進(jìn)、成熟安全的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以全面提高系統(tǒng)自動(dòng)化程度，切實(shí)響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗的號(hào)召，值得大力推廣。

參考文獻(xiàn)

新風(fēng)光電子使用手冊(cè)[Z] 新風(fēng)光電子科技股份有限公司。

作者簡(jiǎn)介：

馮文杰 男，高級(jí)工程師，機(jī)電礦長(zhǎng)，供職于登電集團(tuán)新玉煤礦。

田利潤(rùn) 男，技術(shù)支持工程師，供職于新風(fēng)光電子科技股份有限公司。