李衛(wèi)濤

（潞安（礦業(yè)）集團(tuán)有限公司， 山西 長(zhǎng)治 046600）

引言

隨著礦用變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的高速發(fā)展，大功率組合變頻技術(shù)逐漸成熟，煤礦主要運(yùn)輸設(shè)備采用組合變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)成為發(fā)展趨勢(shì)，相對(duì)于傳統(tǒng)的直接軟啟動(dòng)或者CST軟啟動(dòng)等驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)的傳遞效率得到較大提高，故障影響時(shí)間減小，對(duì)于多驅(qū)設(shè)備同步性提高明顯，通過(guò)變頻智能調(diào)速，大功率運(yùn)輸設(shè)備每年可以節(jié)省大量電能，且由于設(shè)備采購(gòu)?fù)度氤杀据^小，控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，成為高產(chǎn)高效礦井新裝備選型及驅(qū)動(dòng)改造更新的最佳選擇。

1 項(xiàng)目概況

本文所述技術(shù)為潞安集團(tuán)李村礦井西翼主斜巷主運(yùn)輸皮帶機(jī)選型項(xiàng)目采用技術(shù)，該項(xiàng)目承擔(dān)西翼采區(qū)原煤運(yùn)輸與上倉(cāng)主斜巷皮帶機(jī)搭接入主煤倉(cāng)。

膠帶輸送機(jī)基本參數(shù)如表1所示：

表1 設(shè)備信息

2 方案介紹

根據(jù)以上設(shè)備信息，采用兩臺(tái) BPQJ-（1260、60）/1140組合變頻器驅(qū)動(dòng)四臺(tái)電動(dòng)機(jī)，采用一拖二的驅(qū)動(dòng)方式，該方案設(shè)備配置數(shù)量少，占用空間小，集約化程度高，運(yùn)輸、安裝、布線簡(jiǎn)單，維護(hù)量小。

2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

BPQJ-（1260、60）/1140組合變頻起動(dòng)器具有2個(gè)獨(dú)立的630 kW變頻輸出回路和10個(gè)工頻輸出回路。變頻輸出回路驅(qū)動(dòng)膠帶輸送機(jī)主電機(jī)；10個(gè)工頻回路用于膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)的輔助供電及控制，如電動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)、減速箱冷卻風(fēng)機(jī)、減速箱油泵、卷帶系統(tǒng)、制動(dòng)閘等設(shè)備。整個(gè)膠帶機(jī)電控系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）僅包括兩臺(tái)供電移變、兩臺(tái)組合變頻起動(dòng)器和膠帶機(jī)的通訊保護(hù)系統(tǒng)，大大減少現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用數(shù)量。

組合變頻起動(dòng)器具有豐富的外部數(shù)字控制接口和通訊接口，能夠與通訊控制保護(hù)系統(tǒng)無(wú)縫連接，如KTC101等，實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)的控制與保護(hù)。

圖1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖

2.2 系統(tǒng)供電

系統(tǒng)由一臺(tái)△/Y和一臺(tái)△/△移動(dòng)變電站組成12脈供電方式，減少諧波干擾，每臺(tái)移變?nèi)萘坎坏陀? 600 kVA。供電系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 供電系統(tǒng)圖

2.3 配置明細(xì)（如下頁(yè)表2所示）

3 變頻主要實(shí)現(xiàn)功能

3.1 膠帶輸送機(jī)的重載平滑啟動(dòng)

變頻器啟動(dòng)可輸出不小于2.2倍額定轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載狀況設(shè)定與之適用的加減速時(shí)間，最大程度降低對(duì)電機(jī)及相關(guān)機(jī)械設(shè)備的沖擊損傷，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低維修費(fèi)用，滿足井下膠帶機(jī)的控制要求。

表2 設(shè)備配置明細(xì)表

3.2 動(dòng)態(tài)功率平衡實(shí)現(xiàn)

主從機(jī)之間功率平衡的調(diào)節(jié)建立在相互之間良好的通訊基礎(chǔ)上，從機(jī)根據(jù)主機(jī)輸出的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)從機(jī)本身的輸出轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)之間動(dòng)態(tài)功率平衡，不平衡度小于3%，變頻器之間采用CAN總線來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，此種方式通訊可靠性高，通訊距離長(zhǎng)，布線簡(jiǎn)單，且僅需一根雙絞電纜。

3.3 自動(dòng)負(fù)荷匹配調(diào)速

變頻器可以根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)煤量自動(dòng)調(diào)整膠帶運(yùn)行速度，使其與下煤量相匹配，自動(dòng)負(fù)荷匹配調(diào)速，減小電能消耗，減少膠帶磨損。

3.4 動(dòng)態(tài)脫并機(jī)功能

多機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)膠帶輸送機(jī)，將某臺(tái)從機(jī)設(shè)為備投機(jī)，主機(jī)根據(jù)負(fù)荷量狀況進(jìn)行脫機(jī)和并機(jī)控制。

3.5 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能

變頻器具有標(biāo)準(zhǔn)MODBUS總線接口，滿足膠帶輸送機(jī)與礦井自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊需求，可將整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳至地面調(diào)度室，還可通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，觀察數(shù)據(jù)運(yùn)行情況，對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)等工作。此功能已在神華神東集團(tuán)成功應(yīng)用，地面調(diào)度室監(jiān)控井下設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)上傳至天信公司，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。

3.6 低速驗(yàn)帶功能

膠帶檢修模式可實(shí)現(xiàn)低速驗(yàn)帶運(yùn)行。通過(guò)設(shè)置驗(yàn)帶頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)膠帶輸送機(jī)低速運(yùn)行，便于進(jìn)行驗(yàn)帶檢查，及時(shí)了解膠帶磨損情況。

3.7 自檢保護(hù)功能

變頻器具有開(kāi)機(jī)自檢和故障自診斷功能，可診斷出當(dāng)前的狀態(tài)是否正常，并在顯示屏上顯示故障代碼，能夠明確指示故障信息。變頻器具有過(guò)載、短路、缺相、漏電閉鎖、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱等保護(hù)功能。

3.8 顯示

配有大屏幕（10.4英寸）中文液晶顯示屏，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的工作狀態(tài)，變頻器電流、電壓、頻率、溫度等參數(shù)，報(bào)警值等信息，可通過(guò)屏幕完成各種設(shè)置與操作。

3.9 膠帶輸送機(jī)的啟?？刂?/h3>

3.9.1 啟動(dòng)控制

控制臺(tái)（膠帶控制系統(tǒng)）輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)給機(jī)頭主機(jī)，主機(jī)接收啟動(dòng)信號(hào)后先給張緊系統(tǒng)發(fā)送張緊命令并同時(shí)檢測(cè)本機(jī)與其他從機(jī)是否就緒。如果沒(méi)有問(wèn)題，等接收到張緊到位信號(hào)后，主機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)。從0 Hz逐漸平滑加速，同時(shí)通過(guò)CAN總線把頻率和電流等信息傳遞給其他從機(jī)，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行，兩臺(tái)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)整條皮帶，從機(jī)接收到電流信息調(diào)節(jié)本身的轉(zhuǎn)速，時(shí)刻保持電流與主機(jī)一致，達(dá)到每臺(tái)電機(jī)功率平衡，出力一致。加減速時(shí)間從0～1 800 s可調(diào)，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)負(fù)載的狀況設(shè)定適宜的加減速時(shí)間。

3.9.2 停止和急停

正常停止過(guò)程為控制系統(tǒng)輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)斷開(kāi)，主機(jī)收不到啟動(dòng)信號(hào)后停止輸出，從機(jī)也跟隨停止輸出，膠帶停止，延時(shí)一段時(shí)間后，變頻器停止風(fēng)機(jī)、水泵等輔助設(shè)備。在緊急狀況下按下任意一臺(tái)變頻器上的急停按鈕或控制系統(tǒng)輸出急停開(kāi)關(guān)量信號(hào)以及皮帶的六大保護(hù)動(dòng)作（或變頻器自身檢測(cè)到的短路、超頻等故障信息），變頻器立即停止輸出并斷開(kāi)主接觸器，并在顯示屏上顯示故障信息。

3.10 近控與遠(yuǎn)程控制功能

3.10.1 近控控制模式

通過(guò)變頻器自帶的操作鍵盤(pán)進(jìn)行啟停控制；從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行自動(dòng)跟隨。

3.10.2 遠(yuǎn)程控制模式

利用遠(yuǎn)程啟停信號(hào)進(jìn)行控制（控制臺(tái)），主機(jī)檢測(cè)起停信號(hào)及外部驗(yàn)帶控制開(kāi)關(guān)量。外部發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)后，若外部驗(yàn)帶接點(diǎn)閉合，則變頻器以較低的輸出頻率運(yùn)行，若外部驗(yàn)帶接點(diǎn)沒(méi)有閉合則變頻器輸出設(shè)定頻率。

4 集成變頻器優(yōu)勢(shì)

1）設(shè)備配置數(shù)量少，占用空間小，集約化程度高，布線簡(jiǎn)單，維護(hù)量小。

2）可實(shí)現(xiàn)多機(jī)功率平衡。主變頻器和從變頻器間傳遞轉(zhuǎn)矩信號(hào)形成主從速度、轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，達(dá)到精確的速度控制和優(yōu)良的負(fù)載平衡效果（不平衡度小于3%）。

3）采用ABB直接轉(zhuǎn)矩控制，可精確控制力矩。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。

4）能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)、軟停車(chē)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，避免對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。利用變頻器的軟啟動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的平滑啟動(dòng)，啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)膠帶機(jī)械沖擊更小，可減少斷帶故障的發(fā)生，同時(shí)啟動(dòng)電流大大減小，電機(jī)所承受的電流沖擊大大降低，電機(jī)壽命延長(zhǎng)，也避免了對(duì)電網(wǎng)的電流沖擊。

5）提高傳動(dòng)效率，控制啟動(dòng)電流。采用變頻器控制后，電機(jī)與減速器之間采用直接聯(lián)接，傳遞效率可提高5%～10%。

6）膠帶檢修模式可實(shí)現(xiàn)低速驗(yàn)帶運(yùn)行。通過(guò)設(shè)置驗(yàn)帶頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)膠帶輸送機(jī)低速運(yùn)行，便于進(jìn)行驗(yàn)帶檢查，及時(shí)了解膠帶的磨損情況。

7）多方面節(jié)約能源。一是變頻器可以根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)煤量自動(dòng)調(diào)整膠帶運(yùn)行速度，使其與煤倉(cāng)下煤量相匹配，自動(dòng)負(fù)荷匹配調(diào)速，減小電能消耗；二是采用變頻器后功率因數(shù)可達(dá)0.95以上，降低無(wú)功功耗；三是電機(jī)與減速器之間采用直接聯(lián)接，傳遞效率可提高5%～10%。

8）減少故障時(shí)間、降低設(shè)備的維護(hù)量。一是變頻器功能完善，具有完備的保護(hù)功能和故障診斷能力，大大減少了電機(jī)及膠帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備的故障和維護(hù)量，從而減少了運(yùn)營(yíng)成本；二是變頻器無(wú)機(jī)械及液壓油磨損，故障率大幅降低；三是天信變頻器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，故障的恢復(fù)時(shí)間較短，維修簡(jiǎn)便。