楊林彪

（同煤集團(tuán)大唐塔山煤礦，山西 大同 037000）

同煤集團(tuán)大唐塔山煤礦井下8222智能化綜采作業(yè)面的年產(chǎn)煤量約為1500萬t，采用刮板輸送機(jī)進(jìn)行物料的輸送，其調(diào)速控制系統(tǒng)主要是以液力耦合器調(diào)速控制為主。在實(shí)際工作過程中由于綜采作業(yè)速度的差異性和裝料、卸料時(shí)沖擊的作用，導(dǎo)致井下刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中存在速度調(diào)節(jié)可靠性差、維護(hù)成本高的缺陷。因此塔山礦組織技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，對(duì)變頻調(diào)速控制方案進(jìn)行了論證，最終確定采用高壓變頻控制器來對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行控制，改造后省去了可靠性差的液力耦合器[1]，通過變頻調(diào)速控制的方案實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中平穩(wěn)啟動(dòng)和功率平衡的控制。目前以高壓變頻技術(shù)為基礎(chǔ)的刮板輸送機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已在大唐塔山礦得到了廣泛的應(yīng)用，取得了極好的效果。

1 高壓變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

通過對(duì)塔山礦井下刮板輸送機(jī)控制線路的分析，項(xiàng)目組最終決定采用3.3kV的高壓變頻控制系統(tǒng)作為刮板輸送機(jī)變頻控制的核心。該變頻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 塔山礦刮板輸送機(jī)高壓變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由圖1可知，該高壓變頻控制系統(tǒng)主要包括主回路和控制回路。其主回路直接采用了井下10kV電路供電，通過變電站將其轉(zhuǎn)換為1900V的電壓，輸入到高壓變頻器內(nèi)，用于控制刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行。系統(tǒng)的控制回路主要包括了地面監(jiān)控中心、集中控制器以及輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)采集終端，在地面監(jiān)控中心內(nèi)需要至少設(shè)置4組監(jiān)控顯示器，分別用于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度、電機(jī)電流、電壓、轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。為了確保井下刮板輸送機(jī)運(yùn)行控制的可靠性，集中控制器通過有線傳輸?shù)姆桨笇?shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)和高壓變頻器之間的連接，控制刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)、停止以及護(hù)鎖功能[2]。

塔山礦井下的刮板輸送機(jī)采用了3臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制的方式，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)3組驅(qū)動(dòng)電機(jī)的均衡控制，高壓變頻器在工作時(shí)采用了主從配合控制的方式。首先將主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制變頻器設(shè)置為速度控制模式，將兩個(gè)從機(jī)選擇為轉(zhuǎn)矩控制模式，各從機(jī)變頻控制器首先從主機(jī)變頻控制器處接收轉(zhuǎn)矩變化信號(hào)，通過控制系統(tǒng)的分析后獲取其各自所對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)速，從而確保刮板輸送機(jī)工作過程中3個(gè)電機(jī)工作的同步性，實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩和負(fù)載的平衡。根據(jù)塔山礦井下刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)3個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)方式，將位于機(jī)尾處的電機(jī)設(shè)置為主機(jī)，兩臺(tái)頭部處的電機(jī)設(shè)置為從機(jī)，3臺(tái)變頻控制器之間的數(shù)據(jù)通信采用CAN數(shù)據(jù)總線通信，確保信息傳輸過程中的精確性和穩(wěn)定性。

2 刮板輸送機(jī)的轉(zhuǎn)差率保護(hù)控制

由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣，大唐塔山礦井下刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)卡鏈或者片幫現(xiàn)象，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)不定時(shí)的產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)，電機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的堵轉(zhuǎn)后會(huì)產(chǎn)生斷鏈或者燒毀現(xiàn)象，嚴(yán)重影響煤礦井下的正常物料運(yùn)輸作業(yè)。根據(jù)對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中主驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和工作電流的實(shí)際監(jiān)測(cè)，制定變頻控制系統(tǒng)中防止電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)的控制方案。刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中實(shí)測(cè)的電流及轉(zhuǎn)矩變化情況如圖2所示。

圖2 刮板輸送機(jī)電流及轉(zhuǎn)矩變化曲線

根據(jù)分析，由于刮板輸送機(jī)采用的是1600kW的電機(jī)，其工作時(shí)的電流為333.5A，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在堵轉(zhuǎn)時(shí)候的電流約為額定工作電流的1.3倍，因此其工作時(shí)的堵轉(zhuǎn)電流約為433.55A。如圖2中的A點(diǎn)所示，當(dāng)電機(jī)開始堵轉(zhuǎn)后，電機(jī)將轉(zhuǎn)變?yōu)楹愎β蔬\(yùn)行的狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載電流逐漸上升，電機(jī)工作時(shí)的轉(zhuǎn)速逐漸下降。

為了確保變頻控制過程中刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行安全，在該變頻控制系統(tǒng)中采用了轉(zhuǎn)差率[3]保護(hù)。設(shè)定當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率大于30%、持續(xù)時(shí)間大于3s后即判斷系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀、鏈傳動(dòng)系統(tǒng)斷鏈，則系統(tǒng)就采取停機(jī)報(bào)警的措施。

3 高壓變頻器冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

刮板輸送機(jī)高壓變頻器在工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，因此為了確保高壓變頻器持續(xù)工作時(shí)的穩(wěn)定性，采取了在高壓變頻器內(nèi)部設(shè)置冷卻系統(tǒng)的方案[4]。其整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 高壓變頻冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖3可知，該系統(tǒng)在高壓變頻器的散熱系統(tǒng)中含有去離子水，其在高壓變頻器內(nèi)部的循環(huán)主要是通過循環(huán)泵帶動(dòng)的方式進(jìn)行。在循環(huán)過程中將變頻器內(nèi)部的熱量帶走，并傳遞給外部冷卻水系統(tǒng)，達(dá)到散熱的目的。為了確保冷卻水系統(tǒng)工作時(shí)的可靠性，在外部的冷卻水管路上還設(shè)置有各類控制開關(guān)，通過系數(shù)控制中心，根據(jù)高壓變頻器的工作情況自動(dòng)完成啟閉，確保高壓變頻器處于恒溫工況下工作。

4 結(jié)論

該高壓變頻器控制系統(tǒng)在大唐塔山礦應(yīng)用以來，截至2019年5月1日，已在井下8222智能化綜采作面完成了推進(jìn)1277m，開采煤炭約367萬t，平均每天產(chǎn)煤量約為4.5萬t。目前該方案已在同煤集團(tuán)其他兄弟煤礦進(jìn)行了推廣，在工作過程中表現(xiàn)出了調(diào)速性能好、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高的優(yōu)點(diǎn)，有效地提升了控制系統(tǒng)工作時(shí)的穩(wěn)定性和安全性。