胶带输送机供电可靠性和节电变频技术的改进

曹 平

（同煤集团塔山煤矿，山西 大同 037000）

引言

带式输送机是煤矿运输的主要设备，具有运输量大、运输成本低等诸多优势。塔山煤矿自引入DTL140 胶带输送机以来，胶带运输承担着塔山煤矿的煤炭运输任务，其运转的可靠性直接影响正常生产。在实际应用过程中不断改进和创新，最典型的改进是供电可靠性技术改进和节电变频技术改进，通过两项改进进一步提高了DTL140 胶带输送机的运输可靠性，实现了节能降本。

1 塔山煤矿概况

塔山煤矿矿井设计年产原煤1 500 万t，原煤平均容量在1.46 t/m3，平均煤厚15.18 m，属于缓倾斜煤层，塔山煤矿1070 西翼皮带巷根据生产衔接需求，鉴于胶带机生产周期，临时布置一部带宽1 400 mm 伸缩胶带机用于原煤生产运输。该部胶带机总体规划：机长3 200 m，头部安装4 台驱动，布置方式为1∶1∶1∶1，中部安装2 台驱动计划，布置方式1∶1；该部胶带机机长949.428 m，头部安装四台驱动，三用一备，布置在2113 巷与5113 巷之间，驱动装置距胶带机头205 m，储带仓安装5 仓，最大储带70 m，无甩带装置。设计带速V=4.5 m/s，运输能力Q≤3 500 t/h。

2 供电可靠性技术改进

2.1 问题的提出

塔山煤矿应用皮带输送机前期，采用的组合开关启动模式多次出现供电故障，导致整个皮带运输系统都将处于瘫痪状态。为确保一台组合开关发生故障时，另一台组合开关能够立即投入运行，塔山煤矿工程技术人员设计了皮带机双回路供电系统，并成功投入使用，其原理图如图1 所示[1-2]。

图1 皮带机双回路供电系统原理图

该供电系统的优点是组合开关一用一备，出现供电故障后不需进行抢修，即可直接切换至另外一回路进行供电，从而缩短因供电故障影响作业时间。但该系统存在缺点是在使用过程中，如果操作人员误操作，在一回路没有完全停电的情况下，对二回路进行供电，极易造成控制变压器烧毁、电机因相间短路而烧毁等事故。

2.2 改进方案

针对以上情况，塔山煤矿工程技术人员通过加设四个继电器实现对双回路供电的安全性和可靠性的改进，改进为皮带机双回路互闭锁启动装置，其工作原理如下图2 所示[2-3]。

图2 皮带机双回路互闭锁启动装置工作原理

图中：J1～J4 为继电器，其中继电器J1、J2 为常开，送电后闭合；J3、J4 常闭送电后断开。一回路开关送电过程：一回路送电控制变压器输出36 V，继电器吸合，J1、J2 闭合，J3、J4 断开，设备具备启动条件，皮带司机按下启动按钮，一回路启动。此时，二回路控制线处于断开状态，即使二回路开关送电，电路仍处于断路状态，不会给皮带系统进行供电。二回路开关送电过程的原理与一回路开关相同，皮带相同不供电，不会导致控制变压器烧毁、电机因相间短路而烧毁等事故。

2.3 改进效果

该改进方法应用后两条回路不会同时供电，不会导致人为误操作而引发的控制变压器烧毁、电机因相间短路而烧毁等事故。继电器开关接线方式简单，具有成本低、体积小、安全性高，常开常闭性能可靠，双回路互闭锁启动装置是通过继电器的工作来实现的，可以解决两回路同时供电不可靠的弊端。

双回路互闭锁启动装置避免了因工作人员失误操作，给两个回路同时送电，减少了停机时间，有效保护了电气元件，进一步提高了皮带运转效率。

3 节电变频技术改进

3.1 问题的提出

塔山煤矿采用的DTL140 胶带输送机，随着应用不断深入，发现皮带机存在诸多问题，主要体现在以下方面：输送机胶带易出现撕裂、断带情况。煤炭运输过程中，由于上料不均匀导致皮带受力不均，加上皮带在超负荷运转情况下，皮带短时间内承受巨大的张力，若输送带的抗拉强度达不到要求，会导致输送带撕裂额或者断裂现象发生；皮带启动电流过高。DTL140 胶带输送机改造之前，启动时产生的启动电流是额定电流的6 倍，常常导致电机线圈的烧损。

3.2 改进方案

3.2.1 胶带输送机变频控制系统改进方案

胶带输送机变频控制系统改进在保留原有控制系统的前提下，对控制系统的接触线圈控制回路进行全面优化，优化改进后的工作回路如图3 所示[4-5]。

图3 胶带输送机工作回路示意图

在皮带机的机头控制箱内安装4 个继电器，分别控制皮带机堆煤保护、跑偏保护、急停保护、停止4 项功能，在控制台上安装相对应的转换开关、按钮、指示灯。堆煤保护继电器（1 号继电器）线圈与1号指示灯连接，处于常开状态；皮带出现堆煤后常开点转为闭合状态，1 号继电器与1 号指示灯通电，指示灯亮起。堆煤保护、跑偏保护、急停保护功能的设计和堆煤保护相同，通过控制台上信号指示灯明确判断停机原因。

配置2 台计算机，在计算机中安装组态软件，其中1 台正常使用，另1 台做为备用。在主机和从机上，均安装有工业用组态软件,具画面均模拟井下各皮带设备,可以在组态画面中点击皮带电机的启动按钮控制皮带的起停，并在信息栏中显示井下各皮带工作状态，电机功率(电流)皮带机速度，画面中还模拟有各种保护的形状，通过组态程序对井下各保护进行监控，一旦有保护报警，组态画面中能显示出报警状态，同时程序中还设置有历史信息存储界面,可以查阅历史电流、功率、故障等信息。

3.2.2 胶带输送机节电变频改进方案

1）启动方式优化。经过反复试验，对皮带输送机的启动方式进行优化，采用ATS48 软启动器。该启动器能够有效控制启动条件，保障皮带运行工效率。在带式输送机启动时，该启动器能够有效延缓启动，启动电流稳步上升到设定值，有效避免电流过大对电机设备的冲击；重载启动或停机时，软启动器能够有效释放输送带的运转张力，避免撕裂、断带情况的发生[6]。

2）变频优化方案。塔山煤矿采用北京华海基业机械设备有限公司生产的变频调速一体式电动机，该变频一体驱动电机是一种普通的集成了变频器的三相异步电机，能实现电机运转速度的可调可变，不同的加速时间，不同的电机转向和多台电机之间的转矩控制，电机参数如表1 所示[7-8]。

表1 变频调速一体式电动机参数

3.3 改进效果

变频一体电机的应用有效解决了输送机胶带易出现撕裂、断带以及皮带启动电流过高问题。并且具备以下优点：有效延长皮带机使用寿命，加速时电流低有效降低用电单耗实现节能，驱动器机构简单、处理安装方便并且能够显示皮带机运输过程中的相关信息。

4 结论

通过供电可靠性改造，通过加装继电器方式，在低投入的基础上实现实现皮带运转供电可靠性能，有效避免了人为误操作而引发的控制变压器烧毁难题；通过胶带输送机节电变频改进，可靠地解决了输送机胶带易出现撕裂、断带问题以及皮带启动电流过高难题。两个技术改进的应用，极大地提高了塔山煤矿DTL140 胶带输送机的运行效率和安全系数，为安全高效生产打下了坚实基础。