高压变频器在煤矿综采工作面刮板输送机上的应用分析

摘要：文章以高压变频器在煤矿综采工作面刮板输送机上的应用为研究对象，首先对煤矿综采工作面情况与高压变频器进行了简单的介绍，随后对煤矿综采工作面刮板输送机驱动方式进行了比较分析，最后探讨了高压变频器的故障检修维护，希望能够为相关研究提供一定的参考。

关键词：高压变频器;刮板输送机;应用

前言：在煤矿综采工作开展过程中，刮板输送机是不可或缺的一项生产设备。在传统驱动方式下，导致刮板输送机很容易出现运行过载、效率低下等问题，对煤矿综采整体生产作业开展带来了不利影响。通过加强高压变频器在煤矿综采工作面刮板输送机中的应用，能够有效实现上述问题解决，显著提高刮板输送机的运行效率，降低了故障发生概率，促使刮板输送机能够安全稳定运行，为整体煤矿综采工作开展提供了良好保障。

一、煤矿综采工作面情况与高压变频器介绍

现有某煤矿综采工作面，名为1034采区，东起83采区上山，西至1034F11正断层煤柱线;南邻1032工作面（尚未开采），北邻1036工作面（尚未开采）。工作面长464m，宽176m，斜面积81664m2。工作面开采煤层为10煤层，煤层厚度2.80m，煤层倾角为18°。10煤层为赋存较稳定的中厚煤层，宏观煤岩类型为半亮～半暗型煤，油脂～弱玻璃光泽，粉、鳞片至碎块状，内生裂隙发育。10煤层为两层，101和102煤层间距1.77～4.83m，平均3.29m。101为主采煤层，厚1.60～3.40m，平均厚2.80m。10煤层上距72煤组102.8～115.1m，平均108.6m;下距一灰距离为39.53～46.07m，平均42.70m。1034工作面煤层较稳定，煤层厚度1.6m～3.4m，平均煤厚2.8m，属中厚煤层。本着积极推广新技术、新工艺、新装备和现代化管理技术的原则，力求实现矿井的高产高效、优质低耗，决定工作面采用走向长壁采煤法，综合机械化开采工艺。回采工艺流程如下：采煤机落煤装煤→推移工作面刮板输送机→拉移支架→煤机落煤装煤（第二刀）。

在上述1034采区工作面中，针对刮板输送机配置了高压变频器。其他工作面刮板输送机采用了传统驱动方式，即低速液力耦合驱动器与双速电机驱动。高压变频器为矿用隔爆兼本质安全型高压变频器，产品型号为BPJV2-1600，适用于刮板输送机、胶带输送机、乳化液泵站、转载机等场合，不能用于绞车等四象限运行场合[1]。该高压变频器有着以下特点：（1）模块化结构设计，便于检修;（2）12脉冲整流，减少对电网的污染;（3）实时存储故障和运行信息，可连续存储3年，具备无线调阅功能;（4）采用外部水冷却方式。主要技术参数如表1所示。

变频器组成。从结构组成来看，如图1所示，变频器的外形为长方体，分为3个腔室，从右至左，依次为整流腔室、逆变腔室、出线腔室。整流腔室主要包含真空接触器、整流模块、预充电回路以及控制电源等;逆变腔室内置1路调制单元，每个调制单元包含高压滤波模块、功率模块组成的逆变模组及逆变控制单元等元器件。低压接线腔室位于壳体的左侧上部。变频器的主要发热元器件直接固定在变频器背面检修门的两个水冷板上，变频器运行过程中功率器件产生的热量传到水冷板上，由冷却水将热量带走。变频器两个腔室的后水冷板采用外部冷却水进行冷却。冷却水的出水口、进水口如分别位于两个腔室后水冷板的上、下方。根据变频器的功率等级确定水流量，变频器外水流量不得低于16（12、10、8）L/min。从电气系统结构组成来看，该变频器主要由主回路、控制单元、整流单元、逆变单元、滤波单元、显示单元和充电单元组成。

二、煤矿综采工作面刮板输送机驱动方式比较

高压变频驱动与低速液力耦合驱动器与双速电机驱动进行对比，三者各有优缺点。其中对低速液力耦合驱动器而言，优点是本身也带有一定的软启动功能，但缺点是效率低下，且消耗的能源较高。同时由于驱动零部件很多都是进口零部件，导致后续维修困难，维修成本居高不下、双速电机驱动的优点是能够结合实际工况，自由进行高速与低俗的切换。该驱动方式缺点也很明显，比如在启动时，容易对设备造成卡片大的冲击。驱动现场布置难度高，投资高，电缆故障处理较为复杂困难。除此之外，动态功率平衡较为困难，很容易出现过载问题，严重影响电机使用寿命。而变频驱动的优点比较明显，软启动性能优良，启动转矩大，能够自由调节启动加速时间。不仅如此，还能够自由变频调速，并模块化结构设计，便于检修[2]。缺点是对检修人员的专业技术能力要求較高。

在1034采区工作面的刮板输送机中，通过应用高压变频器，相较于其他工作面，主要能够体现出以下几点优点：

启动电流较小，设备在停启时，更加稳定，电网冲击大大减小。一般在刮板输送机初次启动时，能够从1A电流开始，并且还可以自由调节启动加速的时间，从而能够全面保障设备整个启动过程更加平稳顺畅，减少了对刮板输送机的冲击。与此同时，通过应用该高压片变频器，借助其过载保护功能，还能够有效避免刮板输送机因为长时间运行，发生过载问题。因此能够对电机进行有效地保护，更有利于电机使用寿命的延长。安装了高压变频器的刮板输送机，最大启动电流不超出输送机电机额定电流的1.5倍，因此不会对电网造成冲击波动影响，同时电网本身存在较大波动时，也不会对刮板输送机正常启动带来影响。

安装了高压变频器的刮板输送机，能够实现重载软启动。在高压变频驱动的助力下，显著提高了刮板输送机的启动转矩，因此便于刮板输送机实现重载软启动，整个驱动过程较为稳定流畅，显著降低了断链事故的法线概率。从当前在1034采区工作面的刮板输送机应用高压变频器情况来看，尚未发生因为启动造成的压溜事故问题，也没有因为重载启动，出现断链事故。

（1）减轻了控制操作的难度，且由于速度调整比较灵活，对后续检修也带来了较大的便利。由于该高压变频器本身有着非常高的自动化程度，同时结合实际需求，合理进行程序参数设置，能够有效满足刮板输送机各种运行方式。比如在高压变频器的控制下，能够实现刮板输送机正反转运行，还能够实现刮板输送机低速以及高速的灵活运行。在刮板输送机实际运行时，还能够结合实际需求，灵活调整其运行速度，控制器停止位置，因此这对刮板输送机的检修提供了非常大的便利。除此之外，在刮板输送机上使用高压变频器后，输送机本身运行磨损也得到了显著降低，尤其是刮板输送机的链环尾部、链轮肩部等磨损减小。在以往维修时，需要每月截一次链条。在使用高压变频器后，时隔半年才截一次，不仅有利于降低检修成本，整体检修效率也得到了显著提升。

（2）刮板输送机故障率明显降低。在传统驱动方式下，刮板输送机在进行重载启动时，由于启动链条需要承受较大的张紧力，从而严重削弱链条的强度，严重时引发链条断裂故障事故现象。而采用高压变频器，上述事故现象发生率明显降低。因为高压变频器能够降低重载启动带来的冲击，确保刮板输送机电机能够缓慢、平缓启动。从而有效减轻对链条带来了的冲击影响，降低了断链事故的发生。与此同时，刮板输送机电机、链轮、链条等所有传动部件，整个运行过程在高压变频器的控制下，均能够保障功率平衡，因此能够有效减少链条、刮板损坏概率，事故率明显降低，设备使用寿命因此得以有效延长。比如通过统计1034采区工作面的刮板输送机施工发生概率，在采用高压变频器后，没有出现一次因变频器故障而造成的停产事故，也没有出现刮板输送机链条、刮板、链轮等严重损坏事故。

三、故障维修检修

首先是日常维护。在变频器井下运行期间，操作人员需要对变频器进行日常维护，具体维护要点如下：（1）做好变频器外观擦拭、清洁工作，保持壳体上方无积水。（2）查看变频器运行信息列表，记录异常信息。（3）查看变频器的温度显示值。若温度值偏高，应检查该路供水是否正常。（4）查看变频器的湿度显示值。若湿度值偏高，应检查内部干燥剂是否失效。如果干燥剂发黄失效，应及时更换。（5）在完成日常维护后，应详细填写《设备日常维护记录表》。

其次是定期维护。在定期维护时，应注重做好以下要点：（1）根据《煤矿安全规程》，检查接地是否良好。（2）检查便变频器水冷系统是否良好，若出现水道堵塞应及时清理。可通过出水口观察流量，判断水冷系统是否良好，还可以通过检查历史故障中是否有超温故障或在运行过程中观察温度上升状况，来判断冷却系统的正常与否。（3）检测变频器内部是否有结露，变频器内部必须放置干燥剂，干燥剂放置于变频器整流腔体以及逆变腔体内。（4）检查变频器壳体是否存在积水，重点检查部位是变频器后门上方、壳体固定螺栓处。

最后是变频器的检修。在实际检修时，应落实以下要点：（1）在线漏电故障，故意原因多是系统对地绝缘低。在检修时，如果发现变频器在充电后（主接触器吸合）报漏电故障，而不充电不报此故障，则需要检查输入电缆是否漏电。如果变频器在主接触器断开情况下报漏电故障，则需要检查变频器、电机及输出回路负荷电缆是否漏电[3]。（2）整流侧温度继电器故障。该故障一般为整流侧温度超温导致温度继电器分断。在实际检修时，需要检查整流侧水冷板供水是否正常。温度继电器是正常动作还是损坏，如果损坏，可以通过参数屏蔽后继续运行。（3）整流侧水冷板超温故障。该故障多是因为整流侧水冷板温度高于保护值或温度传感器所导致，在实际进行故障检修时，需要先检查整流侧温度保护值设置是否合适;然后再检查整流侧水冷板供水是否正常。最后再检查温度传感器是否损坏。

总结：总而言之，在煤矿综采工作面之中，刮板输送机是非常重要的设备。该设备采用传统驱动方式，虽然也能够正常进行煤矿生产，但受传统驱动种种缺点影响，导致设备运行效率较低，运行成本居高不下。因此必须要在刮板输送机设备中应用高压变频器，有效实现上述问题解决，从而推动煤矿开采实现更好发展。

参考文献

[1]吕斌. 综采工作面刮板输送机高压变频器的改造及应用[J]. 机械管理开发， 2018， 033（011）：152-153.

[2]張涛. 高压变频器在煤化工企业刮板输送机中的应用研究[J]. 中国化工贸易， 2019， 011（030）：156-157.

[3]王旭波. 高压变频器在煤矿综采工作面刮板输送机上的应用[J]. 机械管理开发， 2019，192（04）：167-168.

作者简介：

余洋（1988.12-），男，汉族， 安徽怀远人，助理工程师，供职于安徽省淮北矿业集团，研究方向：矿山机电