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高压变频技术对煤矿刮板输送机的应用

 论文栏目:煤企发展论文     更新时间:2017/12/27 10:50:37   

摘要针对煤矿刮板输送机维护量大、成本高、低速模式工作时间短的现状,提出在刮板输送机中应用高压变频技术,以降低机器故障率和提升设备工作效率。以辛置煤矿为例,介绍3.3kV电压等级矿用隔爆高压变频器工作原理及其在实际运用中的运行数据控制,并对其在刮板输送机中的应用功能特性进行分析。

关键词刮板输送机;高压变频器;应用

在刮板运输机中用变频技术替代传统的调速型液力耦合器,通过直接将对轮联接的方式,可以有效避免断链保护停机、功率失衡等问题,在很大程度上提升设备机械效率。本文以山西焦煤霍州煤电集团辛置煤矿为例,介绍3.3kV电压等级矿用隔爆高压变频器(型号BPJV1-2000/3.3)工作原理及其在实际运用中的运行数据控制,并对其在刮板输送机中的应用功能特性进行分析。

1高压变频器系统简介

3.3kV高压变频器系统主要由两部分构成,即主回路、控制回路。主回路经过移动变电站输出电压将分为两路1903V,变频器继而对输入电压进行输出控制,确保电动机的输入电压频率控制在0~50Hz。控制回路主要为低压控制设备,包括监控中心、集中显示台、TK200控制器以及信号采集终端四部分构成。

2高压变频器系统主要技术特点

2.1主从功率平衡

高压变频器在刮板输送机中应用的关键在于实现三台电动机的负载均衡,确保主从功率平衡。主机变频器可选择速度控制方式,从接收到主机变频器传来的转矩信号后,会根据一定的函数计算得出从机应输出的转速,从而避免主从机负荷失衡的问题。根据刮板输送机电机的启动顺序,将机尾部变频器设置为主机,另外两台机头变频器设为从机。3台电动机功率动态平衡过程为:集中显示台将转速信号传给主机变频器,机尾变频器通过先导启动,后将转矩信号通过线传输给从机,从机将根据主机转矩设定适宜的转速。

2.2断链停机保护

煤矿工作面推进过程中,由于工作环境比较复杂,刮板输送机运行中常出现馈链、卡链甚至断链的问题,对工作面正常开采造成严重影响。图1所示为变频系统监测得到的刮板输送机断链瞬间3台电机电流变化情况。分析得出,在刮板输送机断链瞬间,机尾电机电流变化曲线有四处明显的起伏变化,最大下降幅度可达到70%。因此,通过电动机电流变化可以有效判断刮板输送机是否断链,继而采取停机保护措施,减轻对机器设备的进一步伤害。实际应用过程中应设置合理的断链参数值与瞬态电流检测时间,一般情况下瞬态电流下降率与电流检测时间可设置为70%、10s,具体可根据机械设备参数进行调整。

2.3转差率保护

刮板输送机断链瞬间,机尾电动机电流及转速变化情况如图2所示。辛置煤矿刮板输送机采用的电动机为防爆型HXW95kW/V,额定电流A。如果刮板输送机堵转的情况下,其堵转变流一般为倍额定电流,即A。此时,刮板输送机的电动机转矩运行就成为了恒功率运行,负载电流会持续升高,转速则相应地会持续下降直至停转。而变频控制系统中有转差率保护功能,如果电机转差率及其持续时间超过设定数值,系统将会判定其出现断链或刮板摩擦事故,系统将立即发生停机警报,并在一定时间后进行停机保护。

2.4转矩保护

重载启动也是煤矿刮板输送机使用中经常发生的事情,因此,煤矿刮板输送机需具备较强的重载启动能力。但如果刮板输送机非重载启动,此时若设置很大的转矩上限,将会出现很多的不良现象,如卡链、馈链甚至断链。所以变频器启动需要有给定的软件设定输出转矩和输出电流的2.2倍,正常运行阶段可通过变频器显示器设置参数峰值。以辛置煤矿刮板输送机变频器开关的运行数据,目前,变频器通过软件设计,运行分析,设定不同情况下的转矩和电流上限。通过软件设计分析,应确保刮板输送机在不良情况下重载启动具有足够的安全输出转矩和电流,一般情况下应确保变频器在重载启动过程中具备2.2倍额定输出转矩和电流的能力;在正常运行过程中,可通过变频器显示屏设置最大输出转矩与输出电流。

3高压变频器参数及其冷却方式

变频器结构组成主要有5单元,包括整流、滤波、逆变、水冷和输出端的低压控制。为适应煤矿井下生产复杂的工作环境,刮板输送机变频器的动力电源输入和负荷电缆的输出都选择快速电缆连接器,便于改变软件参数实现机器的单机或联机拖动。变频器的控制方式有种,可根据工作需要选择远方遥控和近距离控制,如选择直接转矩控制,还可以实现倍额定启动转矩。

3.1拓扑结构

高压变频器的拓扑结构主要包括4部分,即整流单元、主回路可恢复快速短路保护、三电平逆变单元以及输出正弦波滤波器,结构原理见图3。(1)整流单元,内部安装有脉波整流器,控制脉波参数为12,这可使变频器的电网结构处于相对封闭的环境内,不受其他谐波干扰。同时,整流电压是两个整流器直流电源的叠加,这种设计方式的好处在于当机器运行出现故障时,不允许变频器合闸充电。(2)主回路短路保护,主回路保护器件选择功率半导体,可在非常短暂的时间内(约25μs)有效隔离主电源与逆变器,工作可靠性高。(3)三电平控制方式能有效避免电动机输出的高次谐波,其发挥作用的关键元件为与低通滤波器。(4)变频器配置有低通滤波器,其能控制输出电压中谐波含量,增加输出端与电机电缆允许拖拽长度,最长可达到3000m。

3.2变频器参数设置

变频器采用水冷方式,输入参数如表1所示。变频器的输出电压与电流分别为0~3.3kV、0~290A,输出频率为5Hz。变频器的12脉冲整流电源由三绕组变压器提供,输出电压V,变压器副边绕组相位差°。

3.3冷却系统

冷却系统结构如图4所示。内部水冷却媒介采用去离子水,将去离子水加入到散热管路之中,并设置水泵为去离子水提供循环动力。外部冷却结构位于变频器壳体内,通过循环将内部多余的热量带走,从而达到降温的目的。外部冷却水循环结构需要安装手动球阀、过滤器、电动球阀以及其他配套设备,电动球阀控制通过内部来实现。

4结语

3.3kV电压等级矿用隔爆高压变频器在山西焦煤霍州煤电集团辛置煤矿使用后,工作面已推进近1000m,平均日产煤较之前有明显提高。同时,刮板输送机在应用高压变频技术后,机器故障率降低明显,工作性能可靠,适合在煤矿自动化生产中进一步推广。

【参考书目】

[1]郭建山.变频调速技术在煤矿刮板输送机中的应用[J].机械管理开发,2015(6):131-133.

[2]孙晋宇.高压变频技术在煤矿大型主井胶带输送机中的应用[J].同煤科技,2006(4):8-9+11.

[3]张纯,沈宜敏,张纯宪.BPJV-1400/3.3矿用隔爆兼本质安全型高压变频器的研制及应用[J].煤矿机电,2013(2):16-19.

[4]胡潘.浅谈矿用隔爆兼本质安全型高压变频器在常村煤矿的应用[J].煤,2016(6):55-56.

[5]杨维义.矿用隔爆兼本质安全型可回馈型变频器研制[J].工矿自动化,2012(10):19-22.

作者:耿涛 单位:山西焦煤霍州煤电集团辛置煤矿

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