乳化液泵站变频器在综放工作面的应用研究

摘要：在介绍煤矿企业综放工作面乳化液泵变频器使用过程中出现的问题的基础上，对其进行研究、分析，并提出解决方案，以期为以后乳化液泵变频器的可靠使用积累宝贵的经验。

关键词：乳化液泵；变频器；漏电跳闸；过流故障

中图分类号：C93 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2013）03-0181-02

一、概述

山东新巨龙公司龙固矿井1302综放工作面共应用3台BRW500/31.5型乳化液泵，该泵公称压力31.5兆帕，电机功率为315KW。根据作业规程要求，该泵在井下正常工作压力不低于30兆帕，当压力超过30兆帕后，乳化液泵卸载阀动作，将多余压力卸载。通过在现场对乳化液泵的应用监测，发现在卸载阀卸载前的一瞬间，电机电流明显增大，超过200A，对电机的使用寿命造成了很大的影响，另外还造成了不必要的电能损耗。因此，龙固矿井于2012年2月份对乳化液泵应用了三台型号为BPJ1-500/1140（输出功率350KW）的变频器，驱动1302采煤面乳化液泵站，实现电机节能，延长电机寿命。但在变频器的调试过程中，出现了如下问题：

1 变频器在启动或停止时上级馈电开关（厂家为泰安众诚公司生产的移动变电站低压侧专用馈电开关）漏电跳闸，造成变频器无法正常使用。

2 在乳化液泵站泄压阀动作的一瞬间，变频器报OC故障，即过电流故障，并自动跳闸，使乳化液泵无法正常运行。

二、原因分析

通过和变频器厂家近半月的共同分析及研究，终于找到了发生上述问题的原因：

（一）上级馈电开关漏电跳闸原因分析

1 漏电保护开关的工作原理

漏电保护开关检测的是输入共模电流，也就是所说的对地漏电流，检测漏电流的电流互感器是同时穿过了P/S/T三根相线，在没有漏电流的情况下，不论接三相负载还是接单相负载，P/S/T三根线中流过的电流之和总是为零。当负载侧有对地短路现象或者对地有较大电容时，输出侧的电流就会通过大地返回电网，此时流过电流互感器的电流之和不为零，当检测到的电流大到一定程度就会触发保护开关脱扣，引起馈电开关漏电跳闸。

2 对地漏电流的产生原因和电流通路分析

（1）变频器应用中为什么会产生较大的漏电流

普通电机的绕组和机壳之间存在着较大的分布电容，在电网供电的情况下，电源线上只有50Hz的工频电压，由于频率很低，通过分布电容的漏电流很小。但在用变频器驱动电机时，由于变频器输出的是几kHz的高频脉宽调制的电压波形，输出电压是在0V到1650V之间快速跳变的脉动电压，对于同样的电机同样的分布电容，漏电流会增大百倍以上，这是由变频器的工作原理决定的。正是该漏电流造成了上级馈电开关漏电跳闸。

（2）变频器工作状态对漏电流的影响

a 载波频率：载波频率越高，漏电流越大，漏电流的有效值与频率约为开方关系。

b 输出频率：在较高输出频率的情况下，漏电流与输出频率关系不大，但在零频附近时（启动或停止时），由于变频器三相输出的漏电流是叠加关系，漏电流的有效值会变大。

c 变频器的发波方式：由于五段发波时，每一相的输出电压有1/3左右时间是没有开关动作的，因此同样条件下七段发波方式比五段发波方式产生的漏电流大；HC变频器低频输出时默认采用的是七段发波方式，因此漏电流低频比高频大；矢量控制方式下采用的是七段发波，因此矢量控制方式的漏电流大于V/F方式。

（3）接线方式对漏电流的影响

在变频器U/V/W输出端加电抗器由于提高了负载的高频阻抗，对减小漏电流也有较好的帮助。

（二）变频器报OC故障，即过电流故障分析：

1 乳化液泵站的工作原理

乳化液泵工作过程为：正常工作时先导阀是开通的。泄压阀关断，乳化液经过进液管进入到泵站，经过泵站加压，送入出液管到采面。压力到达后，先导阀关断，防止高压液体回流，再把泄压阀打开，把进液管和回液管接通进液回到泵箱。

如果先导阀和泄压阀配合不好，即先导阀关断，泄压阀不能及时打开的话就会造成电机堵转。而变频器是不允许电机堵转，因为堵转会使电动机在极短的时间内一个大电流，容易烧坏电动机。

2 变频器控制分析

由于乳化液泵要求恒压控制，变频器采用PID控制，使压力始终维持在30MPa，但PID控制是一个震荡的过程，在启动时会有一个超调，如果超调点超出卸载阀的动作点的话，就会引起泄压阀先动作，电机就会出现堵转。

因此调试时都把压力都限制在29.5MPa，其超调点在30.5MPa，但在采面用液量大的时候，难免会出现超调点上移的情况，即超调点会在31.5或32 MPa，会导致泄压阀动作，也会出现过电流故障，但复位后能正常开车。

三、解决方案

1 变频器上级馈电开关漏电跳闸解决方案

采取在馈电开关漏电检测的对地线上并联电容的方法

由于馈电开关的漏电检测采用附加直流电源的检测方法，电容对直流相当于断路，而对交流相当于短路。这样高频在对地电容上产生的漏电流不再从漏电检测线上通过而是从并联上的电容通过，直流检测到的实际漏电流值并没有减小，对漏电检测效果更好。

2 变频器过流故障跳闸解决方案

采用以下两种方法解决此问题：

（1）调大泄压阀机械动作压力，即把泄压阀机械动作压力调节至32MPa，完全由变频器调节压力，这样超调点也不会到卸载阀动作点，致使卸载阀动作。

（2）调节先导阀和泄压阀动作的配合问题，使在先导阀动作后泄压阀能及时动作，不能延时相对长的时间再动作。

四、应用效果分析

采取上述两种措施以后，乳化液泵变频器实现了稳定运行，再也没有发生过类似事故，保证了龙固矿1302综放工作面的安全生产，实现了乳化液泵的节能运行，为以后乳化液泵变频器的可靠使用积累了宝贵的经验。

（责任编辑：陈喜辉）