談煤礦膠帶運輸機變頻調速技術改造

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摘要：煤礦膠帶運輸機變頻調速系統運行期間，很容易發生電機功率過大、重載啟動困難和啟動性能差等問題。為了保證系統運行效果，企業應實行可行性技術改造方案，并將其應用至實際開采過程中，以便為煤礦企業創造更多的經濟效益。

關鍵詞：煤礦；膠帶運輸機；變頻調速技術

膠帶運輸機在煤礦生產中發揮著十分重要的作用，除了立井提升期間不需要膠帶運輸機，其他開采環節均需要，尤其在主斜井處。膠帶運輸機由停機到運行，其間需要較大轉矩，運行距離和坡度均會影響設備的使用壽命。為了保證膠帶運輸機良性啟動，提高煤礦開采效率，企業應綜合應用變頻調速技術，降低生產成本，創造更好的經濟效益。

1膠帶運輸機結構及變頻調速

1.1膠帶運輸機結構

膠帶運輸機一般經液力耦合器同軸連接三相異步電動機，之后再通過減速箱傳到滾筒，通過摩擦力帶動膠帶運行。軟啟動器完成膠帶運輸機的啟動工作，實現工頻運行，之后將動力經過液力耦合器傳遞至膠帶運輸機。膠帶運輸機在啟動后保持恒定速度運行，且在調節膠帶運行速度時采用機械調節方法，主要通過液力耦合器完成。驅動滾筒可以完成膠帶運輸機膠帶的運動，利用摩擦力驅動支撐托輥上的膠帶帶動物料運動。膠帶屬于彈性材料，在運輸機停止與運行期間會存儲較多勢能，因此，應選擇軟啟動方式。當前大多煤礦企業在軟啟動膠帶運輸機時往往采用液力耦合器設備，啟動時液力耦合器效率會自動調節為零，保證空載啟動電機。軟啟動時，電機可以實現可控硅運行，但啟動電流依然較大，電網會出現劇烈波動，內部很容易因過熱出現機械沖擊問題。膠帶運輸機的啟動加載力較大，啟動時間較短，運行期間膠帶很容易出現斷裂與老化的問題，因此，應針對實際情況選擇強度較大的膠帶。除此之外，液力耦合器長時間運行會導致內部油溫升高，加速金屬部件的磨損，不僅增加了維修成本，還會因多機驅動導致膠帶運輸機功率不穩等。

1.2變頻調速技術原理

變頻調速技術主要轉變大功率電路，完成電路控制，通過電能帶動機械設備運行，完成系統的節能控制與運動控制。為了保證上述功能的實現，應合理組成自動控制電路，包括計算機、電子電路和傳感器等設備，以實時采集輸送電路中的運行數據，保證變頻調速效果。計算機、傳感器以及執行器均為變頻調速設備的重要組成部分。a)計算機控制器，是調速變頻器中的微處理器，它可以調整控制矢量、控制轉差頻率以及控制直接轉矩等，尤其可以控制電機的工作參數，優化控制過程。控制閉環中包括變頻器與電機設備，保證系統運行負荷參數信息，能節省電能。b)傳感器，安裝于電機拖動系統區域，可以感知運行系統的參數信息，包括流量、溫度、壓力、轉速和轉矩等，向計算機控制器反饋制訂的標準信號作為運行參照。c)執行器。(a)繼電器、閥門、通斷開關等機電設備。通過計算機控制器控制設備的通斷與關閉，保證電機裝置的投切與流體運行。(b)變頻器。計算機控制器將控制信號傳遞至變頻器后，根據需要轉變的電能形態，改變電壓和頻率，在控制電機轉速的基礎上調整運行速度。

1.3變頻調速控制系統分類

a)開環的變頻調速僅通過變頻器設備完成，不需要傳感器與計算機控制器的參與，可以完成電機變頻調速工作。b)直接數字控制變頻調速系統。在采集系統運行參數時，通過模擬量輸入通道完成，根據采集設備的運行情況，由通道輸出變頻控制信號與閥門開度，根據開關量輸出通道系統完成對啟動信號的有效控制，并根據開關量輸出通道系統完成對系統啟動信號的有效控制。之后在計算機處理系統運行信號，變換數字量。c)分布式變頻調速控制系統，運行時全面協調，并實現分級管理，形成層次化的分級結構。

2煤礦膠帶運輸機現狀

A煤礦采用強力帶式輸送機，輸送量可達1000t/h，提升高度為12m，運輸距離達到700m。膠帶運輸機采用PVG1000S阻燃膠帶，型號為DSJ20/100，卸載滾筒型號為DTⅡ03A6124（Φ800mm×1600mm），配套電機為YBS-160BL(2/160kW)，采用閘瓦制動模式。輸送機采用直接順序啟動模式，制動器型號為BED-50/6。輸送機配置2臺160kW的電機，重載啟動難度較大，運輸機驗帶流程煩瑣，且電機功率較大，需要一次性啟動，在全速運行時存在較大的沖擊力，無法保證電機的正常運行。基于此，為了保證變頻優化效果，應在原設備的基礎上增加BPBT-315/660礦用隔爆型變頻調速裝置，確保設備的安全穩定運行[1]。

3改造方案

a)安裝礦用隔爆型變頻調速裝置。以往膠帶運輸機由啟動器開關完成啟停工作，采用移動變電站負荷側連接啟動開關，但啟動時會產生較大沖擊力，給機械設備帶來較大損害。因此，煤礦企業增加2套控制功率為160kW的礦用隔爆型變頻調速裝置與2臺電壓為660V的電源，保證2臺電機同時啟動。同時，為了實現對2臺電機的集中控制，還另外配置集中控制臺，避免出現過載、過流、過電壓和短路等問題。膠帶運輸機變頻調速安裝如圖1所示。b)為了實現集中控制，還應安裝PLC，確保電機的同步運行，并根據煤量調節運輸機的運行速度。其中，電機啟停時間范圍為0～180s，輸出頻率調節范圍為0～60Hz。為了有效保護最后一次的故障參數與近10次故障記憶信息，還應在系統中增加診斷、記憶、顯示和查詢等模塊。除此之外，還應為系統增加多種保護傳感器，設置微機控制裝置、控制箱和操作臺等設備。c)將變頻調速裝置與膠帶運輸機組成可控啟動控制系統，在操作臺上顯示運行參數、電壓、電流、速度和運行故障等信息。d)根據膠帶運輸機的運行情況，合理選擇手動、自動和檢修模式，通過控制方式確定運行模式，采用技術成熟的進口器件，以保證運行可靠性。

4技術目標與實施要點

實地考察開采現場，確定礦用隔爆型變頻調速裝置為BPBT-315/660型，并綜合使用DKB1-340/660型礦用隔爆型濾波電抗器設備，以改變電流形式，保證頻率的可調性，避免受電磁干擾。得電后變頻調速裝置準備就緒，啟動后完成加速時間的設定，將變頻調速裝置輸出頻率由零增加至標準頻率，保證電機的正常運轉。電機停運時，應根據減速時間的設定標準，將變頻調速裝置輸出頻率由設定頻率減小至零，當輸出停機信號，變頻裝置電機停止運行，保證電機轉速的有效調節。膠帶運輸機變頻調速原理如圖2所示。當前A煤礦南膠帶巷三部膠帶運輸機均投入使用，軟啟動與軟停止性能優良，尤其重載啟停效果良好。改造后，設備并未發生故障，電機啟動未被燒毀，檢修方便，有效提升了檢修效率與質量水平，具有良好的使用效果。

5實際應用效果

a)具備優越的軟啟動與軟停止性能。變頻調速裝置的停車與啟動時間、加減速度時間等均實現任意調節。為了保證啟動平穩，增加S形加減速時間，降低膠帶運輸機啟停時產生的沖擊力。當膠帶運輸機裝煤量減少時，變頻調速系統可以根據負荷量調整電機運行速度和功率，保證運行的平穩性和可靠性。b)重載啟動平穩進行。膠帶運輸機運行期間會出現立即停車問題，因此，應保證重載啟動的合理性，為變頻裝置設定無速度傳感器矢量控制模式。低頻運轉時，變頻裝置可以輸出1.5～2.0倍的額定轉矩。膠帶運輸機未運行時，采用直接啟動模式，電流較小，功率無法帶動電機啟動，累計影響時間超過80h。改造后，膠帶運輸機未出現膠帶故障問題，運行良好。c)實現自動調速，具備良好的節電效果。改造前、改造后，煤礦膠帶運輸機用電情況如表1、表2所示。通過比較膠帶運輸機改造前后電量消耗情況發現，改造后可以節省1.145×105kW•h/a的電量，節電幅度可以達到11%，節約14.06t標準煤。膠帶運輸機改造后，經過使用可知，每月可以節約0.95×104kW•h電量。根據0.65元/(kW•h)現行電費計算，全年可節約7.44×104元電費。d)保證工頻轉換效果。運行期間，如果膠帶運輸機發生故障，可以使用工頻旁路模式，保證變頻設備的檢修與維護效果，確保膠帶運輸機的穩定運行。同時，啟動后也可以將變頻設備轉換至工頻狀態，在保證系統運行安全的基礎上延長電解電容的使用壽命[2]。e)系統維護量較小，整合度較高，配件節約效果顯著，降低了故障發生率。合作廠家技術嫻熟，設備零部件由國際知名廠商提供，質量水平較高，投入后可以明顯降低故障發生率，在降低維護成本的基礎上，減少了維護時間。比較配件投入前后的情況，以往膠帶運輸機電控使用成本可達2.0×105元，增加變頻調速裝置后，需要經常更換繼電器等零部件，且易耗配件損失量較小，每月大約可節省1.0×105元，增加了企業的經營收益。

6結語

在煤礦開采過程中，膠帶運輸機故障較多，企業可以根據變頻改造工作自動調整輸出力矩和輸出頻率，改變負載變化情況，改變恒速運行工頻，最大程度節約能源，降低維修成本。實踐表明，相較其他控制系統，改造后的變頻系統具備更強的技術先進性和優越性，可以為煤礦企業創造更好的經濟效益，在創建環保節約型社會方面也做出了突出貢獻。

參考文獻：

［1］崔忠義.膠帶運輸機的構造與節能分析研究［J］.煤炭與化工，2018(8)：88-90.

［2］仇文陽.基于PLC控制的運輸機節能技術［J］.機械管理開發，2018(1)：116-117.

作者：李銳鋒 單位：山西西山晉興能源有限責任公司