胶带输送机变频调速的节能运行

姜 鹏

(神华神东煤炭集团公司神东露天煤矿，陕西 神木 719315)

0 引言

目前，国内井工煤矿井下采用变频器拖动的胶带输送机较为普遍，但大都利用了其软启动的功能，并没有真正发挥出变频器的其它优势。胶带输送机在正常工作的情况下，皮带上均匀分布的货量并不大，如果能在保证安全生产的情况下降速运行，不仅可以减少胶带输送机运行过程中滚筒、托辊、皮带等摩擦件的磨损，同时也能节约电能，这对企业来说具有非常重大的经济意义和社会意义。

1 降速运行的理论分析

大柳塔煤矿5-2煤主运胶带输送机设计的最大过煤量4 500 t/h，带速4.5 m/s。由于带速与输送能力呈线性关系(如图1)，因此降速必然会导致输送能力下降。

图1 带速与运载能力

目前，5-2煤主运胶带输送机主要服务于连采1胶带输送机，连采2胶带输送机，综采(52303)顺槽胶带输送机的上煤量。表1列出了各个工作面在正常工作情况下的过煤量。

表1 上煤工作面的过煤量

备注：综采顺槽胶带输送机按平均每天生产18 h，出煤量32 000 t计算。

降速运行首先要保证的是不洒煤，因此主运胶带机的运载能力必须大于实际运行的综连采工作面出煤量。理论上，当52303综采工作面停机时5-2煤主运胶带输送机以1 m/s(11 Hz)以下的带速就可以满足2个连采工作面的上煤量，但是考虑到低频运行时电机的发热比较严重，所以在实际操作中最低带速设置为2.0 m/s。实际的情况是综采工作面最快40 min割1刀煤(2 000 t)，这样计算出的综采顺槽胶带机的最大运量Qmax=2 000/0.667=3 000 t/h。

再加上2个连采工作面胶带输送机同时上煤时，最大出煤量不会超过3 400 t/h。因此综连采同时工作时5-2煤主运胶带机采用3.6 m/s的带速(运量3 600 t/h)，就可以满足安全生产要求。图2展示了调速使用的带速范围和运载能力。

图2 调速使用的带速范围

2 系统构成

大柳塔煤矿5-2煤主运胶带输送机采用7台1 000 kW变频器驱动，胶带运输机机头4台，中驱3台。变频主机位于胶带机机头，其他从机受主机控制，跟随主机运行。因此将调速控制器系统安装到胶带机机头配电硐室，靠近变频器主机。调速控制系统只需要控制变频主机，就可以调整5-2煤主运胶带输送机的带速。

为了能够根据综连采的启停、功率、过煤量进行速度的调节，调速控制器系统需从井下环网中获取综连采工作面运行数据来保证主运系统胶带机的安全调速，所需数据见表2。

表2 综连采获取数据情况表

变频胶带机能够做调速控制，需要相关联设备的基础运行数据，这主要得益于大柳塔矿井下完善的控制、数据环网。

3 实施方案和计划

大柳塔煤矿5-2煤主运胶带输送机出现任何故障将导致全矿停产，因此在调速控制项目实施的过程中，胶带机安全、稳定运行的保障措施是前提，当调速控制器系统出现任何问题时应能迅速恢复生产。该项目分2个阶段，由易到难，分阶段层层推进。

3.1 安全保障措施

非调速运行：变频主机具有侦测调速控制系统断电、掉线的功能，一旦监测到调速控制系统不正常，将自动恢复到满速运行状态(如图3)。这样就通过切断调速控制系统的电源迅速还原到非调速状态下进行生产。

图3 系统自动还原

稳定性侦测：调速控制器系统从环网获取的数据都具有稳定性侦测功能，当发现数据不稳定将立刻提速运行。

非对称变速：调速过程中采用迅速提速，延时降速的原则。也就是，当发现顺槽胶带机煤量、功率大的时候立刻提速运行；当发现煤量、功率降低一定程度后延时一段时间降速运行。这样既保证了安全生产，又能降低频繁调速带来的设备磨损。

3.2 阶段1——根据启停进行调速

当接收到综采工作面的运行信号后，将主运胶带机提升到3.6 m/s的带速运行。当综采工作面停止运行，只有连采工作面运行的情况下，将降速到2.0 m/s的带速运行。这一阶段的工作简单，但是主要的目的是考验2.0 m/s和3.6 m/s是否能满足生产的要求。

3.3 阶段2——根据功率、煤量进行调速

将结合综采顺槽胶带机的功率信号和皮带秤的过煤量信号进行调速控制。顺槽胶带机的功率可以反映出全带的平均煤量，而皮带秤能反映出皮带上的瞬时煤量。

有时顺槽胶带机功率不大，但某一段的煤量却非常大，此时应迅速提升主运胶带输送机的带速，图4展示了这种情况，否则会出现洒煤的情况。

图4 皮带秤测量瞬间煤量过大

皮带秤测量过煤量具有局限性，如某一秒测量到的煤量数据为零，而下一秒有可能出现较多的煤量，这样调速控制器根据皮带秤测量的过煤量数据来提高主运胶带机的运行速度为时已晚，就会出现堵漏煤嘴或撒煤等现象。但是此时功率却能很好地反映出这一状态，图5展示了这种情况，此时应该根据功率立刻提高主运胶带机的运行速度。

图5 顺槽胶带机平均功率大但过煤量为零

最终的带速提升选择应根据过煤量和功率计算值的较大者作为实际带速，这样就保证了顺槽胶带机瞬时煤量大或满皮带煤量时5-2煤主运胶带机的带速都能得到迅速的提升。

4 变频调速运行情况和节能效果

4.1 变频调速运行情况

胶带机调速系统由主运大巷胶带机、1部综采面顺槽胶带机及2部连采面顺槽胶带机构成，主运胶带机通过井下环网采集综采顺槽胶带机、连采顺槽胶带机运行数据，根据综连采胶带机运行状况进行调速，分两级调速。①当综采顺槽胶带机停止时，大巷胶带机带速为2 m/s，满速的44%，频率22 Hz；②当综采顺槽胶带机运行时，大巷胶带机带速为3.6 m/s，满速的80%，频率40 Hz。主运胶带机经过试运行，能够满足综连采顺槽胶带机上货负载的需求，安全运行情况较好，能及时提速、降速，根据使用近2个月的观察未出现洒煤、堵漏煤嘴现象。

4.2 变频调速节能效果

根据主运胶带机不同带速下的平均功率、运行时间情况能够计算出变频运行情况下比工频运行情况下的电能节约情况。表3为不同带速平均功率表，表4为不同带速运行时间表。

表3 不同带速平均功率表

表4 不同带速运行时间表

4.5～2 m/s变频节能情况：平均每天节约电能W=(250-79)kW×7×1.18 h=1 412 kWh=1 412度。

4.5～3.6 m/s变频节能情况：平均每天节约电能W=(250-196)kW×7×15.3 h=5 783 kWh=5 783度；平均每天节电7 195度，每年节电2 158 500度，年节约电费约107.9万元。

5 结语

经过调速后，大柳塔煤矿5-2煤主运胶带输送机的带速最高运行在3.6 m/s，年节约电费约107.9万元。由于该胶带机的最大带速是4.5 m/s，这样就为以后增加顺槽胶带机的提速预留了空间，毋庸置疑随着新的工作面的开采，变频调速控制将能发挥出更大的价值，可以节省更多没必要浪费的资源。推广和使用变频调速进行皮带的控制，对矿井节能降耗、环境保护等具有重大的意义。