高压变频一体机在综采工作面刮板输送机的应用分析

任剑军

(山西汾西瑞泰正中煤业有限公司，山西 灵石 031300)

综采工作面中，刮板输送机是主要的运输设备。随着技术进步，其驱动方式也在不断更新。常规刮板输送机的驱动方式包括电机+减速器+耦合器、电机+减速器+限矩器等。刮板输送机运行时时常发生轻载、空载，导致刮板输送机机械磨损严重，无功损耗大[1-3]。随着变频技术在煤矿井下的应用推广，变频驱动刮板输送机在井下的应用更加广泛，在节能、提高生产效率等方面表现出了显著的优势，为智能化综采工作面构建创造了良好基础[4-6]。文中阐述了高压变频一体机在刮板输送机上的应用效果，其不仅具有技术先进、可靠等优势，而且有效地解决了重载启动时面临的电气冲击及机械冲击大等问题，在一定程度上提升了刮板输送机的工作效率。

1 工程概况

山西某矿回采的5号煤层平均厚度3.2 m(其中夹杂1～3层泥岩、炭质泥岩夹矸)，倾角5°，埋藏深度350～420 m.5号煤层直接顶及基本顶分别为泥岩、粉砂岩，厚度分别为2.9 m、7.8 m；直接底及基本底分别为炭质泥岩、石灰岩，厚度分别为1.2 m、5.2 m.5303综采工作面回采5号煤层，采面斜长230 m，铺设的刮板输送机型号为SGZ800/1050，采用双电机驱动方式，电机功率为1 050 kW.改造前，5号煤层综采工作面回采时，刮板输送机驱动采用传统驱动方式，即电机+减速器+液力耦合器方式，2021年6月以后采用高压变频一体机+减速器驱动方式。

2 高压变频一体机结构及运行原理

高压变频一体机结构包括变频器、电机，其中变频器结构包括主电路、显示屏、控制电路以及驱动电路、显示屏等。其中电气系统结构如图1所示[7-8]。

图1 高压变频一体机电气系统结构图

1) 为实现高压变频器变频功能，主电路采用交-直-交结构，具体如图2所示，电路经过接触器、电抗器以及六脉冲整流，随后通过电力电容实现滤波稳压操作，最后通过IGBT逆变电路实现直流-交流逆变，主电路可实现电流频率、电压调节。

图2 主电路交-直-交结构示意图

2) 控制电路用于信息处理及控制，具体功能有以下两个方面：①完成数据交互，数据交互时需要使用驱动单元及光纤，控制信号为IGBT能够驱动信号；②实现信息显示，将采集并处理好的信息在显示屏上显示，同时可接收外部下达指令，以便实现高压变频器运行控制[9]。

3) 驱动电路能够预先处理系统温度、电压及电流信息，同时可接收IGBT触发信号，控制内容包括IGBT光断时间及导通时间。

4) 外部循环水冷系统。外部循环水冷系统是电气系统重要的组成单元，是保障电气系统正常运行的关键。系统通过直供管路供水，供水压力在3 MPa以内，水温25 ℃以内，流量30 L/min以上，通过减压处理后实现开放式直排。

5) 变频器附属电路包括变频器控制、保护电路等，主要包括压敏抑制器、直流接触器、输入及输出电路等。

6) 显示屏及指示灯。在高压变频器非驱动端有指示窗及显示屏，显示屏会显示直流母线电压、输出功率、输出电流频率以及电机转速等；当运行出现故障时，会在显示屏上显示故障信息并进行自动处理。

3 高压变频器现场应用分析

3.1 改造方案

5303综采工作面铺设的SGZ800/1050刮板输送机长度为230 m、额定运输量1.5 kt/h、链速1.1 m/s.为确保刮板输送机平稳运行，采用单侧双驱动方式进行改造，在机头架组件采空侧安装马达紧链装置以及减速器等。在SGZ800/1050刮板输送机机头及机尾侧各布置1台高压变频一体机，并通过联轴器、减速器将驱动力传递给机头及机尾链轮，在链轮作用下实现刮板链闭环移动，实现煤炭外运。驱动装置采用的减速器为WBPL-350型，传动比39∶1.

采用的高压变频一体机型号为YJVFG-400M-4T，变频部分采用六脉冲整流，前级供电变频器容量较高压变频一体机容量高1.25倍。由于刮板输送机机头、机尾各安装1台高压变频一体机，为实现功率平衡并提高运行经济性，通过2台二次侧分别为△接、Y接变压器供电，采用的供电方式可减少对供电电网的谐波干扰，具体供电线路连接如图3所示。若电源为高压变频器外的其他设备供电，应增加安装馈电开关、磁力启动器等控制设备。

图3 高压变频一体供电线路连接示意

为实现高压变频一体机输出转速控制，并实现电机温度、电流及电机故障等信息监测，需安装操作箱对刮板输送机进行控制。具体刮板输送机高压变频器运行控制系统结构包括操作箱、KTC控制台以及变频调速一体机等。KTC操作台与控制箱连接后，控制台向操作箱发出开关量启停信号即可实现高压变频一体机启停控制；操作箱收到启动信号后，发出启动、转矩以及速度信号，并通过CAN总线方式将信号传输给高压变频一体机，实现运行控制。控制电缆为双线通信电缆并带屏蔽层，电缆截面积在0.5 mm2以上。

3.2 现场应用效果

刮板输送机运行时需要克服运输物料、链条及刮板链的摩擦阻力，采用高压变频一体机驱动时，节能效果主要体现在以下几个方面：①提升电网功率因数，减少无功功率产生的热损耗。②省去CTS、液力耦合器等中间环节驱动装置，提升驱动系统动能传递效率；③可实现运行时调速节能；④重载启动时不会产生机械及电气冲击，降低电机损耗。

2021年6月，高压变频一体机在SGZ800/1050刮板输送机上应用，该采面持续生产超过8个月，累积推进长度超过800 m，采面最高煤炭产量超过8.0 kt/d.对高压变频一体机应用前后采面产量以及耗电量等进行对比分析，采用高压变频一体机后，刮板输送机电能消耗降幅超过15%，同时在刮板输送机运行期间设备故障率低、损耗小，生产效率在一定程度上有所提升。

4 结 语

刮板输送机是综采工作面重要组成设备，高压变频一体机具备性能优越、技术先进等优点。将先进且可靠的驱动方式应用到刮板输送机上，可提升采面煤炭运输效率。将高压变频一体机应用到刮板输送机上后，可有效解决刮板输送机重载启动冲击力大、启动力矩小等问题。现场应用后，刮板输送机运行电能消耗降低超过15%，节能效果显著，同时高压变频一体机运行期间各组成部件故障发生率低、损耗小，可在一定程度提升刮板输送机运行效率并提高采面机电设备整体稳定性。