变频技术在大唐塔山矿刮板输送机上的应用研究

杨林彪

（同煤集团大唐塔山煤矿，山西 大同 037000）

同煤集团大唐塔山煤矿井下8222智能化综采作业面的年产煤量约为1500万t，采用刮板输送机进行物料的输送，其调速控制系统主要是以液力耦合器调速控制为主。在实际工作过程中由于综采作业速度的差异性和装料、卸料时冲击的作用，导致井下刮板输送机在运行过程中存在速度调节可靠性差、维护成本高的缺陷。因此塔山矿组织技术攻关团队，对变频调速控制方案进行了论证，最终确定采用高压变频控制器来对刮板输送机进行控制，改造后省去了可靠性差的液力耦合器[1]，通过变频调速控制的方案实现对刮板输送机运行过程中平稳启动和功率平衡的控制。目前以高压变频技术为基础的刮板输送机调速系统已在大唐塔山矿得到了广泛的应用，取得了极好的效果。

1 高压变频控制系统结构及工作原理

通过对塔山矿井下刮板输送机控制线路的分析，项目组最终决定采用3.3kV的高压变频控制系统作为刮板输送机变频控制的核心。该变频控制系统的结构如图1所示。

图1 塔山矿刮板输送机高压变频控制系统结构

由图1可知，该高压变频控制系统主要包括主回路和控制回路。其主回路直接采用了井下10kV电路供电，通过变电站将其转换为1900V的电压，输入到高压变频器内，用于控制刮板输送机驱动电机的运行。系统的控制回路主要包括了地面监控中心、集中控制器以及输送机系统运行状态信号采集终端，在地面监控中心内需要至少设置4组监控显示器，分别用于对系统运行过程中刮板输送机的运行速度、电机电流、电压、转矩等进行实时监控。为了确保井下刮板输送机运行控制的可靠性，集中控制器通过有线传输的方案实现对刮板输送机和高压变频器之间的连接，控制刮板输送机的启动、停止以及护锁功能[2]。

塔山矿井下的刮板输送机采用了3台驱动电机控制的方式，为了实现对3组驱动电机的均衡控制，高压变频器在工作时采用了主从配合控制的方式。首先将主驱动电机的控制变频器设置为速度控制模式，将两个从机选择为转矩控制模式，各从机变频控制器首先从主机变频控制器处接收转矩变化信号，通过控制系统的分析后获取其各自所对应的输出转速，从而确保刮板输送机工作过程中3个电机工作的同步性，实现电机工作转矩和负载的平衡。根据塔山矿井下刮板输送机运行时3个电机的启动方式，将位于机尾处的电机设置为主机，两台头部处的电机设置为从机，3台变频控制器之间的数据通信采用CAN数据总线通信，确保信息传输过程中的精确性和稳定性。

2 刮板输送机的转差率保护控制

由于煤矿井下工作环境恶劣，大唐塔山矿井下刮板输送机在运行过程中会经常出现卡链或者片帮现象，导致驱动电机会不定时的产生堵转，电机在长时间的堵转后会产生断链或者烧毁现象，严重影响煤矿井下的正常物料运输作业。根据对刮板输送机运行过程中主驱动电机转速和工作电流的实际监测，制定变频控制系统中防止电机长时间堵转的控制方案。刮板输送机运行过程中实测的电流及转矩变化情况如图2所示。

图2 刮板输送机电流及转矩变化曲线

根据分析，由于刮板输送机采用的是1600kW的电机，其工作时的电流为333.5A，驱动电机在堵转时候的电流约为额定工作电流的1.3倍，因此其工作时的堵转电流约为433.55A。如图2中的A点所示，当电机开始堵转后，电机将转变为恒功率运行的状态，驱动电机的负载电流逐渐上升，电机工作时的转速逐渐下降。

为了确保变频控制过程中刮板输送机驱动电机的运行安全，在该变频控制系统中采用了转差率[3]保护。设定当电机的转差率大于30%、持续时间大于3s后即判断系统可能会导致电机烧毁、链传动系统断链，则系统就采取停机报警的措施。

3 高压变频器冷却系统的设计

刮板输送机高压变频器在工作过程中会产生大量的热量，因此为了确保高压变频器持续工作时的稳定性，采取了在高压变频器内部设置冷却系统的方案[4]。其整体结构如图3所示。

图3 高压变频冷却系统结构示意图

由图3可知，该系统在高压变频器的散热系统中含有去离子水，其在高压变频器内部的循环主要是通过循环泵带动的方式进行。在循环过程中将变频器内部的热量带走，并传递给外部冷却水系统，达到散热的目的。为了确保冷却水系统工作时的可靠性，在外部的冷却水管路上还设置有各类控制开关，通过系数控制中心，根据高压变频器的工作情况自动完成启闭，确保高压变频器处于恒温工况下工作。

4 结论

该高压变频器控制系统在大唐塔山矿应用以来，截至2019年5月1日，已在井下8222智能化综采作面完成了推进1277m，开采煤炭约367万t，平均每天产煤量约为4.5万t。目前该方案已在同煤集团其他兄弟煤矿进行了推广，在工作过程中表现出了调速性能好、启动转矩高的优点，有效地提升了控制系统工作时的稳定性和安全性。