高压变频长距离控制技术用于主斜井多点驱动皮带

宋晓宇

高压变频长距离控制技术用于主斜井多点驱动皮带

宋晓宇

介绍了高电压变频长距离控制技术在大同煤矿集团公司同忻矿多点驱动主斜井皮带的应用，论述了该技术的特点以及产生的效果。

煤矿开采；斜井运输；皮带运输；长距离运输；多点驱动皮带

0 引言

大同煤矿集团公司同忻矿是年产1 000万t的现代化矿井，原煤运输采用连续型带式输送机向上输送方式。经计算，在输送倾角为 5.13°～3.08°～4.4°、提升高度360 m、运送长度4 600 m条件下，需配置带宽1 800 mm、运量4 800 t/h、带速5 m，总功率不小于10 000 kW的胶带输送机。如此大功率胶带输送机国内还没有使用过，特别是胶带输送机的驱动方式选择牵涉到带强、投资和工期等各方面的因素，决定着输送机的布置方式。经综合比较，选择了变频软启动技术，由此带来了矿用大型胶带输送机如何实施远距离变频驱动问题，通过1 a多的应用取得了显著的成绩，对国内同行具有相当的参考价值。

1 应用过程及内容

该输送机带宽1 800 mm，运量4 800 t/h，带速5 m/s，阻燃钢丝绳芯输送带 ST4500（带强4 500 N/mm） 长4 601 m，装机功率为3×1 800 kW+3×1 800 kW/6 kV。驱动装置位于输送机头部和中部。头部采用功率配比为2∶1的双滚筒三电机驱动，中间驱动单元采用功率配比为1∶1∶1的三滚筒三电机驱动。中间驱动的使用，可以降低承载胶带的最大张力，从而可以使胶带强度等级降低，胶带成本下降。

本机采用螺栓联接的落地钢架作机身，装拆、维修方便，运行平稳。为防止输送带与滚筒之间打滑，采用带有人字形槽的包胶滚筒，以增大摩擦因数。本机采用由3节普通托辊组成的30°槽形上托辊组，下托辊组采用V型托辊组。

电气控制系统采用西门子罗宾康完美无谐波系列高压变频装置。西门子罗宾康完美无谐波系列高压变频器采用先进的矢量控制技术构成高性能交流调速装置，经实践证明可长期可靠地应用于长距离带式输送机的恒转矩负载，具有启动转矩大、过载能力强等特点，可在轻载、重载等各种工况下可靠、有效地控制带式输送机柔性负载的软启动/软停车整个动态过程，并在全过程中实现各胶带机的驱动电机之间的功率平衡和速度同步，还能提供可调验带速度。

通过变频软启动技术的应用，可降低快速启动/快速停车过程对机械和电气系统的冲击，避免洒料与叠带，有效抑制胶带输送机动态张力波可能对胶带和机械设备造成的危害，延长输送机使用寿命，增加输送系统的安全性和可靠性。

变频调速装置采用一体化设计，集成隔离变压器和变频器两部分。隔离变压器采用可靠性极高、绝缘等级为H级、免维护设计的干式变压器；变频器选用罗宾康完美无谐波高压变频器。电机选用国产防爆电机。

本输送机为固定式结构，主要由驱动装置、卸载装置、传动装置、中间卸载装置、中间驱动装置、制动装置、逆止装置、夹带装置、硫化平台、机身、受料段及自动拉紧装置等几大部分组成。本机安装在主斜井井筒内，其中驱动装置、卸载装置、传动装置、制动装置、逆止装置、夹带装置、硫化平台等设备布置在地面井口房内，中间卸载装置、中间驱动单元设备布置在中间硐室。

2 技术特点及经济效益

2.1 变频器在带式输送机的应用

众所周知，皮带是一个弹性体，在静止或运行时皮带内贮藏了大量的能量，在皮带机启动过程中，如果不加设软启动装置，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力波并迅速沿着皮带传输出去。过大的张力波极易引起皮带被撕断。因此，《煤矿安全规程》规定，带式输送机必须加设软启动装置。

2.2 解决了多电机驱动时的功率平衡问题

一般的长距离大运量皮带机都是采用液力耦合器配套多电机驱动，很难解决多电机驱动时的功率平衡，而使用变频技术可以很好解决多电机驱动时的功率平衡问题，同时将给煤矿带来极大的社会和经济效益。

2.3 真正实现了带式输送机系统的软启动

运用变频器对带式输送机进行驱动，运用变频器的软启动功能，将电机的软启动和皮带机的软启动合二为一，通过电机的慢速启动，带动皮带机缓慢启动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在启动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。

2.4 降低皮带带强

采用变频器驱动之后，由于变频器的启动时间在1 s～3 600 s内可调，通常皮带机启动时间在60 s～200 s内根据现场设定，皮带机的启动时间延长，大大降低了对皮带带强的要求，降低了设备初期投资。

2.5 降低设备的维护量

变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低了设备维护量；同时，利用变频器的软启动功能实现带式输送机的软启动，启动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部分的检修量。

2.6 节能

在皮带机上采用变频驱动后的节能效果主要体现在系统功率因数和系统效率两个方面。

2.6.1 提高系统功率因数

通常情况下，煤矿用电机在设计过程中放的裕量比较大，工作时绝大部分不能满载运行，电机工作于满电压、满速度而负载经常很小的工况下，也有部分时间空载运行。由电机设计和运行特性知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳的，轻载时这些指标降低，造成不必要的电能损失。这是因为轻载时定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，因此功率因数很低。采用变频器驱动后，在整个过程中功率因数达0.9以上，大大节省了无功功率。

2.6.2 提高系统效率

采用变频器驱动之后，电机与减速器之间是直接硬联接，中间减少了液力耦合器这个环节。而液力耦合器本身的传递效率是不高的；并且液力耦合器主要是通过液体来传动，而液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多。因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率要比液力耦合器驱动的效率高5%～10%。另外，矿井通常离变电站距离较远，不同时段电压波动较大，利用变频器的自动稳压功能，也有部分节能作用。

3 结语

综上所述，采用大运量长距离高电压多点驱动变频技术的带式输送机驱动系统，不仅在技术的先进性还是带来的社会及经济效益方面都是巨大的。随着社会的发展，高产高效矿井的投入，大运量长距离高电压多点驱动变频带式输送机将会有更加广阔的应用前景。

High-voltage Frequency-conversion Long-distance Control Technology Applied in the Multi-point Drive of the Main Incline Shaft Belt Conveyor

Song Xiaoyu

This article introduces the high-voltage frequency-conversion long-distance control technology applied in the multi-point drive of the main incline shaft belt conveyor in the Tongxin Coal Mine of the Datong Coal Mine Group.It discusses the characteristics and effects of this technology.

coal mining；incline shaft transport；belt conveyor transport；long distance transport；multi-point drive belt conveyor

TD634

B

1000-4866（2011）03-0001-02

宋晓宇，男，1972年4月毕业于太原理工大学，现在大同煤矿集团公司机电管理处工作，工程师。

2011-07-01

2011-07-21