刮板输送机3 300V高压变频系统的研发与应用

庞玉龙

（大同煤矿集团电业公司， 山西 大同 037003）

1 研制原因及背景

目前，集团内部所有矿用大功率刮板输送机的驱动系统都是采用CST或TTT。上述驱动方式虽然都可实现电机软启动并有较大的启动转矩，但并没有显著的节能特点。大功率刮板输送机既要实现高效节能，又要满足软启动和较大的启动转矩，目前唯一的方法就是采用变频驱动，真正实现刮板输送机的软启动，减轻设备冲击，减少设备的维护量和运营成本，提高传动效率，延长设备的使用寿命。大功率刮板输送机变频技术的应用必然是煤矿实现“绿色”开采的发展方向。3300 V大功率刮板输送机变频技术在国内已有使用，但在集团公司内尚未开展。

为了提高设备性能、节能降耗，集团公司积极组织相关专家进行分析论证，由同煤集团公司机电管理处提出并协调大同煤矿集团机电装备天晟电气有限公司积极进行技术攻关和研发。要求在采煤过程中前后运输机电机驱动使用3 300 V变频启动，实现“绿色开采”。

2 研发内容

1）满足刮板输送机各种运行工况的要求，包括软启动、调速或定速带载运行、正常停机以及紧急停机等。

2）实现刮板输送机的重载平滑起动，消除设备起动时的机械与电气冲击。

3）主回路无熔断器设计。变频器使用IGCT作为主回路保护元件，直流回路逆变回路之间通过IGCT可以直接分段，保护速度是传统熔断器的1 000倍。变频器采用12脉冲供电，有效降低了变频器对网侧谐波的干扰。

4）变频器采用三电平逆变结构，配合输出正弦波滤波器，输出波形正弦特性好，适用于普通矿用隔爆电动机，无需专用变频电动机。

5）变频器输入、输出采用快速电缆连接器的连接方式，并且具有输出回路先导闭锁功能。

6）采用ABB的直接转矩控制（DTC）技术，可实现零速满转矩起动，最大起动转矩达到220%的电机额定起动转矩；控制精度高，起动转矩大，适于重负荷、大转矩的设备使用。

7）变频器具有正转、反转控制接口，需要反转运行时在控制台上就可以实现控制。

8）冷却方式。变频器内部采用去离子水散热技术，内水与外水通过水水交换器实现热交换，外水为普通水，直接由供水管路经过滤器和电动阀向变频器供水，出水采用开放式直接排出；变频器控制电动阀通断，停机即停水。

3 主要技术功能

1）具备低速运行功能，以方便刮板输送机链条的检查。

2）变频器配有正弦波输出滤波器，输出电缆允许长度3 000m。

3）具有多机联动控制功能，主从变频器之间采用CAN总线通信协议进行通信。

4）具有过载、过电压、欠电压、缺相、过热、漏电闭锁、电动机超温等保护功能，具有故障记忆功能。

5）变频器具备刮板输送机链条保护功能，可以根据链条最小破断力设定最大转矩输出值，达到对刮板输送机链条的保护。

6）显示功能：配有中文液晶显示器，可显示系统图形、运行参数、故障信息、历史记录查询；可通过屏幕完成各种设置与操作，可以实时显示刮板输送机的开停状态、电压、电流、电机温度及故障信息等相关参数。

7）具有强大的软件功能，通过选取不同的应用宏，完成对不同设备的调速控制，并可通过本安操作键盘进行应用参数的选择、整定和读取；可实现本地控制和远程控制两种控制方式，具有远方控制二线式本安型先导控制功能，可与国产或欧式控制设备直接接口。

8）加减速时间可调范围上限值不小于60 s，而且连续可调。

9）变频器具有RS485总线通信接口，可通过MODBUS协议将运行信息传至监控中心或矿井信息化系统对接，实现远程控制和自动化控制。

10）具有数字量控制接口和模拟量检测接口，可对辅助设备进行控制和检测。

4 应用情况及经济社会效益

为适应煤层开采需要，应用于集团公司同发东周窑矿C5号层8201工作面，煤厚6.3m。

1）以工作面前后运输机4台电机来算，每台电机电费节约30万元/年（电费1元/kWh），4台电机电费可节约120万元/年。

2）增加设备的使用寿命（以25%为准），减少设备的折旧近300万元。

3）可节约人力成本21～24万元/年（以 3人、7～8万元 /年、3班计算）

4）提高生产效率，年产可提高 10～30万 t，以500元/t计算，可增加收益0.5～1.5亿元。

5 结语

3 300 V高压变频系统在刮板输送机上的应用，既保证了矿山的“绿色”开采，又具有很高的实用性。该系统的研制成功，可以极大提升工作面刮板机的使用效率和寿命、减少由于“CST”“TTT”等设备消耗的无用功，又能使设备在无极变数的条件下使用，减少了因重载等特殊条件下启动的难度，降低操作工人的劳动强度，具有良好的社会价值和推广价值。同煤集团首次使用该系统，需要对其进行大量的改进和探索。但作为一种有效的节能降耗的新技术、新方法，必将在集团公司内部被广泛推广应用。