主井带式输送机供电谐波危害治理改造

李云飞

（山西晋煤集团沁秀煤业有限公司岳城煤矿，山西 晋城 048006）

1 概述

岳城矿为晋煤集团沁秀公司下属生产矿井，位于山西省晋城市沁水县郑村镇。2009年投产，生产能力1.5 Mt/a，现主采3#、15#煤层。主斜井为进风斜井，全长1956 m，坡度22°。主井采用带式输送机运输，输送皮带全长1826 m，驱动电机为YBBP 450L1-4型隔爆型三相异步电动机，电压1140 V，功率560 kW。

2016年对主井带式输送机电控系统进行了变频改造，安装了两台ZJT-630/1140型变频器。然而改造后，设备频繁出现阻容吸收装置烧毁、低压配电柜空气开关弧光短路等现象，严重影响了主井皮带的正常运行。经故障检查和电网谐波检测，原因为变频器谐波干扰严重，造成电网电能质量下降，引发设备故障。

我国在谐波抑制方面常用以下三项措施：一是改变变压器接法来抑制低次谐波注入电网，但对高次谐波效果不明显；二是在变频器上加装平波电抗器或并联电容来降低变频器向电网中释放的谐波分量，但电流畸变率和谐波含量高；三是在谐波源处加装滤波装置，即通过滤波装置吸收谐波电流，对系统无功功率进行有效补偿和自动反馈，从源头避免谐振危险。其中，加装滤波装置对系统整体影响最小，效果最好，已成为改善电能质量的关键技术并广泛应用。

此次主井带式输送机供电谐波危害治理改造，定制了三电平拓扑技术变频器和根据岳城煤矿工业现场设计的电力滤波器，有效消除了谐波电流影响，确保了主井皮带运转可靠。

2 改造方案

2.1 变频器主从控制

两套变频器的主从控制原理见图1。

图1 变频器主从控制

图1中，1#变频器为主机，2#变频器为从机。由集控系统通过1#变频器控制皮带速度，并将输出电流大小发送至2#变频器作为给定值；2#变频器同时采集当前皮带的运行速度，并将速度信号转换为电信号作为实测值，通过计算给定值和实测值的偏差大小来对1#变频器进行负反馈调整，实现两机的协同控制。其外围接口接线见图2。

图2 变频器外围接口

2.2 滤波器控制

滤波器工作原理见图3。

图3 滤波器工作原理

图3中在变频器的前后接入专用滤波器，可以有效避免谐波干扰，对电网无功功率因数进行补偿，同时对电机本身的脉宽调制输出电压进行改良，使其转变为与电流同频的正弦波电压，实现供电系统的安全可靠。

3 改造过程

3.1 更换变频器

主井皮带驱动电机原采用的ZJT-630/1140变频器存在如下问题：一是电机容量为560 kW，变频器容量也为560 kW，没有冗余；二是变频器自身产生谐波比较严重。

替换原变频器为2台国内一线品牌深圳英威腾DSDD-G3000系列变频器，电压等级1140 V、功率630 kW，满足了主井皮带电机控制系统的要求。

3.2 加装滤波器

除了变频器本身减少谐波的产生外，选用英威腾OCL395A006512-1的滤波器治理谐波。安装方法如下：

（1）在变频器与电源端增加滤波器。能够从源头控制谐波干扰，有效抑制浪涌和峰值电流，避免电力线扰乱发生跳闸，提高实际功率因数。

（2）在输出端增加滤波器。考虑到变频器与电机的电缆距离可能较远（超过50 m），可在输出端配置滤波器。作用如下：有效抑制dv/dt、过电压、电机过热和涡流损耗引起的电机过早损坏；显著延长电机寿命；降低变频器IGBT 脉冲负载以及长电机屏蔽线缆上的计生损耗；降低电机噪音；减少对附近设备的线路干扰传播。

图4为加输入电抗器滤波器与未加滤波器的输出测试对比，可以看出加入滤波器后，谐波大大的削弱。

3.3 更换配电柜

主皮带设备都挂接在进线柜上，不能满足安全设计要求；另外进线柜断路器和相关保护装置老化，对生产带来重大安全隐患。因此对1140 V低压柜进行了改造。配电柜依照原配电设计，选用智能断路器替代原有馈电开关，对电路谐波做到高效检测与保护，有效避免谐波对配电柜内部器件造成损坏，同时配电柜直接作为变频器的进线控制柜。

3.4 安装调试

主井皮带停产检修前，工作人员将变频器柜、低压配电柜等设备和工具辅材运输到指定位置，对设备进行2h的上电调试。设备正常运行之后，观察系统运行情况，对治理效果进行监测，做好及时有效的反馈。

4 结语

通过更换变频器、加装滤波器等措施，有效降低了谐波对主井带式输送机电网和控制系统的干扰，杜绝了阻容吸收过电压造成的爆裂事故。按每月发生1次停车事故，每次停车事故恢复时间1h；每天8 h产煤量为4100 t ，每h运煤513 t；市场煤炭450元/t计算，可挽回停车事故造成的损失277.02万元。

图4 增加滤波器前后效果对比