1、淺談煤礦生產中隔爆變頻器的應用 淺談煤礦生產中隔爆變頻器的應用 【摘 要】在煤礦生產中，合理應用防爆變頻技術可以明顯提高企業經濟效益。本文以某礦的電控系統改造為背景，介紹了隔爆變頻器在煤礦電氣控制系統中的應用。 【關鍵詞】煤礦；電氣控制；隔爆變頻器；ZJT 前言 某礦是年產600萬t的大型現代化礦井,其原有的提升運輸大型設備多采用以繼電器、接觸器、切除電阻和直流調速為主的電氣傳動系統。系統的電氣控制設備完全由有觸點系統構成,觸點氧化、彈簧疲勞、絕緣老化等問題嚴重,系統平安可靠性差,電控系統故障率高;并且電耗較高,噸煤本錢居高不下,嚴重影響了企業的經濟效益。因此,該礦先后在井下主要提升絞車、副井

2、絞車和主井絞車電控系統改造中選擇使用了變頻調速技術,取得了明顯的節能效果。 1 推廣防爆變頻技術的目的和意義 礦井提升系統在靜止或運行時,絞車鋼絲繩內貯積了大量能量,絞車啟動過程中,如果啟動加速度、啟動速度過大,在鋼絲繩中形成張力波,一旦張力波過大,極易撕斷鋼絲繩,因而主提升絞車控制系統必須具備良好的啟動特性和平安高效的運行狀態。雖然直流調速系統也可以到達預期效果,但其難以實現防爆,不能滿足?煤礦平安規程?對設備選型的要求。而變頻調速裝置在頻率范圍、調速精度、低頻轉矩、通信功能、智能控制、功率因數、工作效率等方面的優越性,都是以往的直流調速方式無法比較的。該礦和某電器有限責任公司共同開發研制了

3、隔爆兼本安四象限變頻調速系統,各項技術指標滿足鋼絲繩纏繞式主提升絞車的設計和?煤礦平安規程?的要求。防爆變頻技術應用在井下主提升絞車且屬于高突礦井中的,該礦在該地區是第一家。 2 ZJT系列隔爆變頻器的功能和特點 2.1 功能 ZJT系列隔爆變頻器具有以下功能:過流保護;過載保護;過/欠壓保護;變頻器過溫保護;電動機過溫保護;內部故障保護;漏電閉鎖保護;輸出短路保護;還可實現0.5Hz時輸出200%額定轉矩的最大啟動轉矩,啟動電流不大于2倍額定電流,速度調節方便,免維護。 2.2 特點 (1)采用SPWM磁通矢量控制方式,低頻運行時輸出1.52.0倍額定轉矩,適于重載啟動。 (2)采用APE自

4、換向新技術,使鋼絲繩纏繞式主提升絞車在減速或乘人出現負力時,系統自動轉入發電反應狀態。 (3)解決了多臺電動機同時使用的電動機同步、功率匹配問題,確保多機功率平衡,偏差不大于5%。 (4)采用真空熱管散熱技術,較好地解決了防爆殼內大功率器件的散熱問題。 (5)可以調整各驅動電動機之間的功率分配,從而到達系統的最正確工作狀態。 (6)變頻器采用ModBus網絡進行通信,提高傳動系統的輸出精度。具有顯示、記憶、自診斷及總線型網絡通信報警功能。 (7)網側變頻器采用PWM斬波調制,使輸入波形為正弦波,大大減少了對電網的諧波污染。 3 改造方案設計 北翼軌道提升系統是該礦通往北翼采區的主運輸系統,全長

5、為1200m,原設計采用4部液壓絞車,運輸功率到達1000kW,耗能大,故障率高，維護量大,功能單一,每臺額定電壓660V,額定電流150A。 改造時，在驅動設計上,根據北翼采區的實際生產能力和交流電動機的性能等因素,采用ZJT系列隔爆變頻器實現變頻調速,可實現軟啟動,即電動機能夠實現低速啟動。在井下環境中電動機具有防爆功能和散熱性能,因而選用了“隔爆型三相交流異步風冷電動機,采用2×315kW隔爆型三相交流異步風冷電動機進行拖動。纏繞式主提升絞車具有2個滾筒帶動2條鋼絲繩運行以帶動礦車進行上下交替運行。每個滾筒由1臺減速機拖動,輸出軸一端與驅動輪相連,雙輸入軸兩端各由1臺防爆電動機

6、拖動,每臺電動機各由1臺變頻器供電并變頻調速。 4 存在的問題及應對措施 變頻器在交流拖動系統應用中呈現優良的控制性能,可以實現軟啟動和無級調速,進行加減速控制,使電動機獲得高性能,而且具有顯著的節能效果。提高了生產機械的控制精度、生產效率和產品質量,利于實現生產過程的自動化。采用變頻技術后啟動功率可調(050Hz),啟動電流可以由0緩慢上升至90A,降低了啟動電流,解決了大負載啟動對電網和機械設備的沖擊,節能到達15%。但變頻器在實際應用和維護檢修中也暴露出一些問題應引起重視。 4.1 主提升絞車運行中的緊急停車 系統頻繁出現急停,將會給機械設備帶來很大的機械沖擊,縮短設備使用壽命。經過技術

7、人員的研究分析,找出了問題所在: (1)變頻器數據干擾引起的緊急停車問題。系統在運行中經常出現急停,經查明是由于系統正常運行中,變頻器脈沖觸發板(PIB板)與控制板的數據連線受到了靜電耦合干擾,致使數據線中傳輸的數據改變或喪失,造成控制板接收到錯誤的數據,引起變頻器誤動作。 應對措施:將PIB板到中央處理器(控制板)之間的數據線加上屏蔽層以減少干擾,并將變頻器顯示屏由原來使用的鐵板固定架改為膠板固定架。經過改良解決了變頻器數據線靜電耦合干擾的問題,此改良被廠家采納,新出廠的數據線均帶上了屏蔽層。 (2)編碼器傳輸數據誤差引起系統急停。由于編碼器的不同步,造成編碼器傳輸給PLC的電平信號不一致,

8、致使系統誤認為滾筒之間或滾筒與驅動電機之間轉動不同步,而發出急停指令。 應對措施:重新校準編碼器與減速機大軸及電機主軸基準,將編碼器與減速機大軸及電機主軸連接的插接對輪改為十字連接,有效減小了編碼器與大軸之間的間隙,保證了數據傳輸的同步性。 4.2 諧波 諧波問題是所有變頻器的共同問題,尤其在高壓大功率變頻調速中更為突出。諧波會污染電網,殃及同一電網上的其他用電設備,甚至影響電力系統的正常運行;諧波也會干擾通信和控制系統,嚴重時會使通信中斷、系統癱瘓;諧波電流還會使電動機損耗增加,因而發熱增加,效率及功率因數下降,以至不得不“降額使用。 應對措施:變頻系統的供電電源獨立,且分開放置距離大于20

9、m,增大供電電纜截面,使用屏蔽電纜。在變頻器輸入端串聯電抗器,變頻器的控制電源由另外系統供電;在控制電源輸入側裝設線路濾波器;裝設絕緣變壓器,且屏蔽接地。變頻器與電抗器可靠接地,變頻器、電抗器、PLC柜通信線均采用屏蔽電纜,與動力線分開敷設,使用獨立的接地系統。 5 經濟效益 投入運行后最大運行負荷功率630kW,電流100A,每年節省電費約152萬元,提高提升能力后每年間接增加的凈利潤為3550萬元北翼防爆變頻主提升絞車的投入運行,消除了北翼軌道運輸提升壓力,提高了運輸效率，滿足了礦井快速掘進的需求,合計效益3702萬元。 6 結束語 變頻調速技術投入使用以來,表達了其優良的技術特性和高效的節能效果。目前該礦的副井提升系統、北翼摩擦式提升系統、軌道運輸巷道都已應用變頻調速技術。新的系統調頻范圍寬,分辨率高,保護齊全而且靈敏度高,主功率器件自保護功能良好,運行平衡,通信接口齊全,有利于上位機和遠程控制。目前變頻器在煤礦的應用主要還是集中在膠帶機和絞車上,隨著技術的開展,相信變頻技術將會得到廣泛應用。 參考文獻： 【1】牛海明變頻調速在煤礦企業的應用J科技情報開發與經濟，2003(4) 【2】丁斗章，變