变频器在煤矿井下应用中存在的问题及解决措施

徐长安，高广亮，卜向峰

(1.河南理工大学高等职业学院 454000;2.河南大有能源股份有限公司 471842;3.国投煤炭郑州能源开发有限公司 452478)

引言

近十年来随着变频器技术不断发展，其散热技术不断改善，由于煤矿井下对防爆设备的要求，变频器在煤矿井下得到了广泛应用，变频器以它独具的优越性在提升系统和大功率皮带运输系统应用方面更加突显出来。

四象限变频器在其应用中，更显示出它独特的魅力。IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，采用IGBT做整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲。一方面可以调整输入的功率因数，消除对电网的谐波污染，让变频器真正成为“绿色产品”。另一方面可以将绞车下放和皮带下运时产生的能量，通过电动机和变频器的回馈，反送到电网，达到彻底的节能效果。虽然变频器在煤矿的应用有着诸多的优越性，但是在煤矿井下的使用中也存在一些问题，这些问题要求我们予以高度重视，采取相应措施加以解决。

1.欠压停机问题

在井下往往一条高压线路接入几个大型设备，在变频器正常运行时，当起动其它某个大型设备时，尤其是功率大而且是直接起动的设备。当这些设备起动时，电流很大，引起整个供电线路产生很大的压降，因而导致变频器停机，报出欠压故障。

相应措施:

(1)把大型设备分别接入不同的线路上。

(2)尽量采取软起动控制方式，避免大型设备直接起动。

(3)采用变频器的设备要使用单独变压器供电，不要与其它设备共用一台电源变压器。

2.电磁干扰问题

2.1 其它设备对变频器的干扰

如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。变频器也会因为干扰而出现保护。

相应措施:

(1)在变频器输入侧添加电感和电容，构成LC滤波网络。

(2)变频器的电源线直接从变压器侧供电。

(3)在条件许可的情况下，可以采用单独的变压器。

(4)在采用外部开关量控制端子控制时，连接线路较长时，要采用屏蔽电缆。当控制线路与主回路电源均在地沟中埋设时，除控制线必须采用屏蔽电缆外，主电路线路必须采用钢管屏蔽穿线，减小彼此干扰，防止变频器的误动作。

(5)在采用外部模拟量控制端子控制时，如果连接线路在1m以内，采用屏蔽电缆连接，并实施变频器侧接地即可;如果线路较长，现场干扰严重的场合，建议在变频器侧加装DC/DC隔离模块，采用频率指令给定模式进行控制。

(6)在采用外部通信控制端子控制时，建议采用屏蔽双绞线，并将变频器侧的屏蔽层接地(PE)，如果干扰非常严重，建议将屏蔽层接控制电源地(GND)。对于RS232通信方式，注意控制线路尽量不要超过15m，如果要加长，必须随之降低通信波特率，在100m左右时，能够正常通信的波特率小于600bps。对于RS485通信，还必须考虑终端匹配电阻等。对于采用现场总线的高速控制系统，通信电缆必须采用专用电缆，并采用多点接地的方式，才能够提高可靠性。

(7)变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上，加装防止冲击电压的吸收装置，如RC浪涌吸收器，其接线不能超过200mm;尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主回路分离;变频器控制回路配线绞合节距离应在15mm以上，与主回路保持100mm以上的间距;变频器距离电动机很远时(超过100m)，这时一方面可加大导线截面面积，保证线路压降在2%以内，同时应加装变频器输出电抗器，用来补偿因长距离导线产生的分布电容的充电电流。变频器接地端子应按规定进行接地，必须在专用接地点可靠接地，不能同电焊机、动力线接地混用，在变频器输入端安装无线电噪声滤波器，减少输入高次谐波，从而可降低从电源线到电子设备的噪声影响。

2.2 变频器对其它设备的干扰

变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰，而且会产生高次谐波，这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其它设备的正常工作。

在提升机、皮带运输的控制系统中，多采用微机或者PLC进行控制，在系统设计或者改造过程中，一定要注意变频器对微机控制板或PLC的干扰问题。在采用变频器后，产生的传导和辐射干扰，往往导致控制系统工作异常。

相应措施。

(1)采用屏蔽电缆。动力线和控制线都要用屏蔽电缆连接，而且互相之间最好不要平行，如果必须平行时，两个电缆之间距离不得小于200mm，小于200mm时要加接地隔离挡板。

(2)良好的接地。电机等强电控制系统的接地线必须通过接地汇流排可靠接地，微机控制板的屏蔽，要单独接地。对于某些干扰严重的场合，建议将传感器、I/O接口屏蔽层与控制板的控制地相连。

(3)给微机控制板或PLC输入电源加装EMI滤波器、共模电感、高频磁环等。可以有效抑制传导干扰。

(4)给变频器输入加装EMI滤波器，可以有效抑制变频器对电网的传导干扰，加装输入交流和直流电抗器L1、L2，可以提高功率因数，减小谐波污染，综合效果好。在某些电机与变频器之间距离超过100m的场合，需要在变频器侧添加交流输出电抗器L3，解决因为输出导线对地分布参数造成的漏电流保护和减少对外部的辐射干扰。一个行之有效的方法就是采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，并将钢管外壳或者电缆屏蔽层与大地可靠连接。请注意，在不添加交流输出电抗器L3时，如果采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，增大了输出对地的分布电容，容易出现过流。

(5)对模拟传感器检测输入和模拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。在变频器组成的控制系统设计过程中，建议尽量不要采用模拟控制，特别是控制距离大于1m，跨控制箱安装的情况下。因为变频器一般都有多段速设定、开关频率量输入输出，可以满足要求。如果非要用模拟量控制时，建议一定采用屏蔽电缆，并在传感器侧或变频器侧端一点接地。如果干扰仍旧严重，需要实现DC/DC隔离措施。可以采用标准的DC/DC模块，或者采用光耦隔离，再采用频率设定输入的方法。

(6)绞车移动信号系统，要采用高频通讯。避开变频器的干扰频率。

3.电抗器发热问题

输入电抗器的作用是在电动状态下起储能作用，形成正弦电流波形。在回馈状态下，起滤波作用，滤掉电流波形的高频成分。

输出电抗器的作用是补偿变频器与电动机连接的长导线充电电流，从而使电动机在引线较长时能正常工作。输出电抗器并能减小在电机端子的dV/dt值，以及抑制变频器输出的谐波，起到减小变频器噪声的作用。输出电抗器可以有效抑试验前后电机运行参数对比见表2。

表2 小12－20井试验前后电机运行参数对比表

小12－20在措施后，平衡率由原来的76.6%上升到96.6%，达到了生产指标要求。单井日耗电由原来的141度下降到118度，日节电23度。从实施效果看，安装游码式平衡调整装置可以有效的改善抽油机不平衡的状态，降低电机输入功率，具有良好的节能效果。

4.结论及建议

(1)游码式平衡调整装置使用方便，只需要操作控制箱按钮即可调节平衡配重的位置，使抽油机处于平衡状态，避免了过去靠人力调整平衡块位置来调整平衡的缺陷，消除了安全隐患。

(2)针对游梁式抽油机自身无法在进行平衡调整的油井，采用游码式平衡调整装置能够有效解决抽油机油井平衡问题，节省了电能，避免了能源的浪费。

(3)下步计划在黄沙坨油田小13－13、小11－10、小17－31、小38－28和小12－6井继续安装使用游码式平衡调整装置。

［1］ 姜杰，马强.抽油机井系统效率评价与管理标准的研究［J］.承德石油高等专科学校学报，2009，11(1)

［2］ 马强.塔架式长冲程抽油机原理及应用［J］.石油矿场机械，2008，37(1)