靳張浩

（晉城藍(lán)焰煤業(yè)股份有限公司成莊礦，山西 晉城 048000）

隨著高功率、高電壓變頻設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，變頻驅(qū)動(dòng)設(shè)備在節(jié)能、維護(hù)、智能控制等多方面優(yōu)勢(shì)備受矚目，煤礦逐步開始在通風(fēng)、皮帶等關(guān)鍵設(shè)備上采用變頻驅(qū)動(dòng)。然而，綜采工作面由于受到惡劣的環(huán)境條件限制、機(jī)頭機(jī)尾空間受限等諸多因素制約，加之礦井所需變頻設(shè)備往往功率較大，前期核心器件研發(fā)滯后影響，現(xiàn)場(chǎng)仍在使用設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、耗能較高、維護(hù)成本偏高的液力耦合器設(shè)備。近年來，變頻設(shè)備核心器件迎來高速發(fā)展期，變頻器的額定功率已達(dá)3 300 V，2 000 kW，促使變頻驅(qū)動(dòng)設(shè)備在大功率刮板運(yùn)輸機(jī)上的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)[1-3]。

1 技術(shù)現(xiàn)狀

目前，成莊礦綜采工作面使用SGZ1000/3×855 型刮板運(yùn)輸機(jī)，配合562DTPKWL2 型液力耦合器。日常使用過程中存在損耗和維修量大，運(yùn)營成本高，缺少速度控制等諸多缺點(diǎn)。與先進(jìn)的變頻設(shè)備相比，液力耦合器存在影響礦井高效生產(chǎn)的突出問題主要有： 液力耦合器組件復(fù)雜，維護(hù)困難；液力耦合器的主要傳動(dòng)媒介是液體，對(duì)傳動(dòng)液質(zhì)量要求較高，使用過程中消耗量大，需要頻繁更換傳動(dòng)液，制約現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)；液力耦合器存在軟啟動(dòng)和功率平衡效果不良，現(xiàn)場(chǎng)需通過大功率驅(qū)動(dòng)方能實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)。針對(duì)上述存在問題，提出綜采工作面刮板運(yùn)輸機(jī)變頻電機(jī)一體化技術(shù)，研發(fā)新型變頻一體機(jī)，適應(yīng)綜采工作面惡劣環(huán)境，解決液力耦合器維護(hù)困難等諸多弊端，提高工作面生產(chǎn)效率[4-5]。

2 變頻一體機(jī)構(gòu)成

針對(duì)現(xiàn)有刮板運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)部進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與技術(shù)改進(jìn)，維持運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭與機(jī)尾構(gòu)件現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，引進(jìn)德國保越3 300 V 的變頻電機(jī)一體化裝備來替代現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)裝備，取代原電機(jī)+ 液力耦合器的驅(qū)動(dòng)方式，同時(shí)配備控制裝備，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的集中控制及多機(jī)功率平衡，解決多點(diǎn)功率不平衡的問題。升級(jí)完成后，電機(jī)功率應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)刮板運(yùn)輸機(jī)能力進(jìn)行優(yōu)化選型，輸送能力應(yīng)不低于2 500 t/h，滿足現(xiàn)場(chǎng)正常使用[6]。

2.1 變頻器

變頻器采用inverter (electronic power stage)逆變器，輸入額定電壓3 300 V，額定頻率50 Hz；輸出頻率0～120 Hz，容量1 000 kVA，輸出電流200 A。其控制方式采用V/F 或直接轉(zhuǎn)矩控制，控制電源為127 V 電源外供； 電容- 額定電壓為3 000 V DC，電容-放電時(shí)間為30 min。

2.2 變頻一體電機(jī)

新型變頻一體電機(jī)可實(shí)現(xiàn)線性調(diào)速，其最大可輸出2.2 倍啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可在短時(shí)間內(nèi)可無限次數(shù)啟動(dòng)，還可通過布置傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)各個(gè)部位的溫度，確保各個(gè)驅(qū)動(dòng)之間自動(dòng)保持功率平衡。減速器型號(hào)KPL（PL）-45，通過連接罩筒+ 梅花形彈性聯(lián)軸器與一體機(jī)相連接。冷卻水要求進(jìn)水溫度15℃～40℃，壓力10～20 bar，流量不低于25 L/min。改造完成后，節(jié)能大約20%～30%；刮板輸送機(jī)可完全實(shí)現(xiàn)從0～100%的速度控制；1 600 kW 電機(jī)僅需要最大30 L/min 的冷卻水量；電機(jī)體積符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的需求。新型變頻一體機(jī)外觀如圖1 所示。

圖1 變頻一體機(jī)外觀

2.3 邏輯控制

工作面刮板運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)控制邏輯分為以下兩種，工作面三機(jī)啟動(dòng)邏輯順序如圖2 所示。

圖2 工作面三機(jī)啟動(dòng)順序

（1）工作面可實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、變頻一體機(jī)連鎖啟停。由控制器發(fā)出啟動(dòng)指令前預(yù)先檢測(cè)順槽皮帶給工作面的連鎖信號(hào)，如有信號(hào)控制器發(fā)出啟動(dòng)指令后，先后依次啟動(dòng)破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、變頻一體機(jī)；如未檢測(cè)到連鎖信號(hào)，嚴(yán)禁工作面啟動(dòng)三機(jī)；信號(hào)控制器發(fā)出停止指令后，先后依次停止變頻一體機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)；破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、變頻一體機(jī)之間的啟動(dòng)或停止時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要通過修改控制器參數(shù)實(shí)現(xiàn)。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，工作面可實(shí)現(xiàn)單臺(tái)啟停（破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、變頻一體機(jī)單臺(tái)啟停）。

2.4 變頻一體機(jī)的優(yōu)勢(shì)

（1）速度調(diào)整：變頻一體機(jī)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷情況可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度的任意調(diào)整。

（2）使用便捷：變頻一體機(jī)經(jīng)特殊工藝預(yù)先將電機(jī)與變頻器整合在一起，在-15%～15%額定電壓范圍內(nèi)，變頻電機(jī)均可正常運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)電壓波動(dòng)對(duì)刮板機(jī)轉(zhuǎn)矩影響較小。

（3）檢修方便：變頻一體機(jī)3 年內(nèi)免維修，維修周期長；同時(shí)，設(shè)備啟動(dòng)前可自行完成低速檢修、拉鏈工作；設(shè)備構(gòu)造簡單，組件較少，維修方便。

（4）節(jié)能降耗：變頻一體機(jī)電機(jī)功率可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載情況實(shí)時(shí)調(diào)整，工作面煤量較少時(shí)，輸出功率隨之降低，較普通電機(jī)可節(jié)能30%～35%。

3 效果分析

3.1 工業(yè)性試驗(yàn)

項(xiàng)目先期在地面進(jìn)行設(shè)備組裝配套并調(diào)試成功后，隨后入井在成莊礦4321 綜采工作面進(jìn)行安裝。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試完畢后，隨即進(jìn)行井下試運(yùn)行。井下試驗(yàn)環(huán)境惡劣，設(shè)備處于潮濕高溫多塵的環(huán)境中，相對(duì)環(huán)境濕度92%，最高溫度+40℃。4321 綜采工作面改造完成的變頻一體機(jī)及相應(yīng)的配套控制系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，刮板運(yùn)輸機(jī)變頻電機(jī)成功在井下連續(xù)進(jìn)行300 m 回采作業(yè)?，F(xiàn)場(chǎng)變頻一體機(jī)加速時(shí)間在0～1 800 s 范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了刮板運(yùn)輸機(jī)安全平穩(wěn)啟動(dòng)，降低了機(jī)械沖擊和電氣沖擊事故發(fā)生率，保護(hù)了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全，重載重啟轉(zhuǎn)矩如圖3 所示。

圖3 重載重啟轉(zhuǎn)矩

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

新型變頻一體機(jī)在4321 綜采工作面成功應(yīng)用后，刮板運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，設(shè)備啟動(dòng)階段更加平穩(wěn)可靠，刮板運(yùn)輸機(jī)整體故障率得到明顯降低。采用原562DTPKWL2 型液力偶合器驅(qū)動(dòng)時(shí)，刮板運(yùn)輸機(jī)平均故障次數(shù)控制在7 次/ 年，影響工作面生產(chǎn)平均時(shí)長6 h/ 次；應(yīng)用新型變頻一體機(jī)后，刮板運(yùn)輸機(jī)平均故障次數(shù)降低至2 次/年，影響工作面生產(chǎn)平均時(shí)長3 h/ 次，變頻一體機(jī)的成功應(yīng)用為整個(gè)工作面的安全高效生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。變頻一體機(jī)的投入使用可通過縮減設(shè)備列車長度降低煤柱損失，按300 m 長工作面計(jì)算，單個(gè)工作面減少10 m 的煤柱損失，可增加2 萬噸的煤炭產(chǎn)量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)論

1）現(xiàn)場(chǎng)將工業(yè)領(lǐng)域成熟的變頻技術(shù)應(yīng)用于大功率高壓電機(jī)上，成功實(shí)現(xiàn)大功率重型裝備真正意義上的“軟啟動(dòng)”，滿足4321 綜采工作面極端惡劣環(huán)境下刮板運(yùn)輸機(jī)各種運(yùn)行工況下的特殊需求。

2）采用集成控制技術(shù)，刮板運(yùn)輸機(jī)可實(shí)現(xiàn)低速重載啟動(dòng)、無級(jí)調(diào)速、節(jié)能降耗、多功率平衡、遠(yuǎn)程集中控制與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊等功能，充分發(fā)揮變頻一體機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的優(yōu)越性。