摘 要：本文介紹了風光牌高壓變頻器在登電集團新玉煤礦皮帶輸送系統(tǒng)的應用情況，對應用案例進行了介紹。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)濟效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器 皮帶機 應用

1引言

皮帶機在煤礦上的使用非常普遍，特別是在一些大型煤礦上。皮帶機上的皮帶是一個彈性體，在靜止或運行時皮帶內(nèi)貯藏了大量的能量，在皮帶機啟動過程中，如果不加設軟啟動裝置，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，帶式輸送機必須加設軟啟動裝置。

2 用戶情況介紹

登電集團新玉煤礦屬登電集團下屬的地方國有煤礦，井田面積10.8674km2，保有地質(zhì)儲量2754萬噸，可采儲量2088萬噸，采用斜井皮帶機由井下向地面運煤，皮帶機有關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。皮帶拖動電機315kW/10kV，基本參數(shù)如表2所示。礦領(lǐng)導在皮帶機電機如何拖動問題上，經(jīng)調(diào)查，國內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)煤礦的皮帶輸送機一般都采用工頻拖動，附加液力耦合器調(diào)速，較少使用變頻器驅(qū)動。

經(jīng)過研究，認為液力耦合器雖然能部分解決皮帶機的軟啟動問題，但與變頻器驅(qū)動相比，有以下劣勢：

（1）采用液力耦合器，電機必須先空載啟動。工頻啟動時，最初的電流很大，為電機額定電流的4～7倍。大的啟動瞬間電流會在啟動過程中產(chǎn)生沖擊，引起電機內(nèi)部機械應力和熱應力發(fā)生變化，對機械部分造成嚴重磨損甚至損壞。同時還將引起電網(wǎng)電壓下降，影響到電網(wǎng)內(nèi)其它設備的正常運行，因此，大容量的皮帶機還必須附加電機軟啟動設備。

（2）液力耦合器長時工作時，引起液體漏出，增大維護工作量，污染環(huán)境。

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

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

主井皮帶機是全礦的流程中樞，一旦皮帶機不能正常工作，將造成全礦停產(chǎn)，且會造成巨大經(jīng)濟損失。另外高壓變頻器須安裝在環(huán)境相當惡劣，煤灰比較重，粉塵大的場合。因此要求高壓調(diào)速系統(tǒng)具有極高的可靠性、穩(wěn)定性、防護性?；谝陨瞎ぷ魈攸c，變頻器設計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、防護性、長期運行的質(zhì)量指標。

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

（3) 具有軟停止功能。啟動過程要求平穩(wěn)，無沖擊。

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

（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)驗帶功能。

經(jīng)過對國內(nèi)外各種高壓變頻器調(diào)研、比較，最后以招標方式選擇了新風光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的風光牌JD-BP38-355P型（355kW/10kV）高壓變頻器作為皮帶機的控制設備?，F(xiàn)場如圖1所示。

圖1 皮帶機現(xiàn)場

3 新風光JD-BP38-355P高壓變頻器基本參數(shù)

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

4 新風光JD-BP38-355P高壓變頻器主要性能

風光牌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，其諧波指標遠小于IEEE519-1992的諧波標準，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)補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。2007年，高壓變頻器被評為中國名牌產(chǎn)品。多年來，新風光對產(chǎn)品持續(xù)不斷地加大研發(fā)力度，進行技術(shù)升級換代，目前產(chǎn)品已研發(fā)升級到第六代，該機型具有功能強大，可靠性高，保護齊全，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。強大的功能可以輕松實現(xiàn)現(xiàn)場控制要求，在滿足客戶需求的同時為客戶創(chuàng)造更多價值。具體來說，風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：

(1)采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。

(2)矢量控制技術(shù)，通過測量和控制交流電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對交流電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制交流電動機轉(zhuǎn)矩的目的。啟動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應快，調(diào)速精度高，帶負載能力強。

(3)快速飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。在變頻器受到負載沖擊保護后可對其自動復位，然后再自動啟動，即可避免重要場合（如水泥廠高溫風機）變頻保護停機造成的損失?？焖亠w車啟動技術(shù)可實現(xiàn)變頻器在0.1s之內(nèi)從保護狀態(tài)復位重新帶載運行。

(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)一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時能使高壓電機轉(zhuǎn)至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉(zhuǎn)換至工頻運行。新風光公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運行狀態(tài)，還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運行的功能，整個轉(zhuǎn)換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。

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

(6)線電壓自動均衡技術(shù)（星點漂移技術(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)，電機輕載或者空載的時候會出現(xiàn)局部不穩(wěn)定現(xiàn)象，這時電流幅值波動很大，電流的振蕩有可能會導致系統(tǒng)因為過流或過壓而觸發(fā)保護。新風光公司采用優(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)多機主從控制技術(shù)，變頻器具備主從控制功能，多臺變頻器之間可通過數(shù)據(jù)總線組成主從控制網(wǎng)絡。將其中的一臺設為主機，其他設為從機，主機實時采集各從機的狀態(tài)信息，同時發(fā)送給各從機頻率、轉(zhuǎn)矩指令，實現(xiàn)各臺變頻器的功率平衡和綜合控制。該技術(shù)適用于皮帶機、摩擦式提升機等需要功率平衡控制的場合。

(9)輸出電壓自動穩(wěn)壓技術(shù)，變頻器實時檢測各單元母線電壓，根據(jù)母線電壓調(diào)整輸出電壓，從而實現(xiàn)自動穩(wěn)壓功能。避免電網(wǎng)波動對輸出電壓的影響。

(10)故障單元熱復位技術(shù)，若單元在運行中故障，且變頻器對其旁路繼續(xù)運行，此時可在運行中對故障單元進行復位，不必等變頻器停機。

（11）單元直流電壓檢測：實時顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓，從而實現(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，并可使保證運行維護人員實現(xiàn)對功率單元運行狀況的全面把握。

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

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

（14）多種控制方式，可選擇本機控制、遠控盒控制、DCS控制支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議頻率設定可以現(xiàn)場給定、通訊給定等支持頻率預設、加減速功能。

5一拖一手動旁路控制方案

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

圖2 手動旁路電控圖

圖3 手動主回路接線圖

旁路柜中，共有2個高壓隔離開關(guān)，K1為單向隔離開關(guān)，K2為雙向隔離開關(guān)。當K1、K2-2閉合，電機變頻運行；當K1斷開，K2-1閉合時，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調(diào)試。

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

故障分閘：將變頻器“高壓分斷”信號串聯(lián)于高壓開關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下，當變頻器出現(xiàn)故障時，分斷變頻器高壓輸入；旁路投入狀態(tài)下，變頻器故障分閘無效。

保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。

6變頻器現(xiàn)場應用情況

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

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

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

（3）降低皮帶帶強。采用變頻器驅(qū)動之后，由于變頻器的啟動時間可在1s～3600s可調(diào)，通常皮帶機起動時間在60s～120s內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場設定，皮帶機的啟動時間延長，大大降低對皮帶帶強的要求，大大延長皮帶的使用壽命。

（4）節(jié)約電能。對應于煤礦的特殊生產(chǎn)條件，有時，煤的產(chǎn)量是極不均勻的，當然皮帶機系統(tǒng)的運煤量也是不均勻的，在負載輕或無負載時，皮帶機系統(tǒng)的高速運行對機械傳動系統(tǒng)的磨損浪費較為嚴重，同時電能消耗也較低速運行大得多，但因生產(chǎn)的需要皮帶機系統(tǒng)又不能隨時停車，采用單獨的控制系統(tǒng)對前級運輸系統(tǒng)的載荷、本機運輸系統(tǒng)的載荷進行分別測量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對于載荷不均的皮帶機系統(tǒng)，可節(jié)約電能、降低皮帶的磨損。經(jīng)現(xiàn)場測試，與工頻狀態(tài)下相比，變頻節(jié)電效果達20%以上。

（5）節(jié)省維修費用。采用高壓變頻器后，對電網(wǎng)和機械傳動設備基本無沖擊，大大延長設備使用壽命。高壓變頻器自投運以來，一直穩(wěn)定運行，除正常清潔維護外，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）驗帶功能。低速驗帶功能是皮帶機檢修的要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)為無極調(diào)速的交流傳動系統(tǒng)，在空載驗帶狀態(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)過登電集團新玉煤礦皮帶機使用風光高壓變頻調(diào)速裝置改造后，皮帶機實現(xiàn)了軟起、軟停，不僅可以節(jié)約電能，而且降低維護量及維修費用，帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。在皮帶機上使用技術(shù)先進、成熟安全的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以全面提高系統(tǒng)自動化程度，切實響應國家節(jié)能降耗的號召，值得大力推廣。

參考文獻

新風光電子使用手冊[Z] 新風光電子科技股份有限公司。

作者簡介：

馮文杰 男，高級工程師，機電礦長，供職于登電集團新玉煤礦。

田利潤 男，技術(shù)支持工程師，供職于新風光電子科技股份有限公司。