防爆变频器在井下皮带运输机使用中出现的故障与处理

＊宋文礼

（潞安化工集团余吾煤业公司 山西 046000）

矿井作业空间较特殊，作业中可能会发生瓦斯、煤尘爆炸风险，威胁作业人员人身安全，破坏开采及运输设备。井下皮带运输机负责采出煤矿的运输，应确保井下皮带运输机配置的变频器具有防爆功能，提高井下作业安全性[1]。以下介绍防爆变频器的基础理论知识，探索防爆变频器在井下皮带运输机中的使用，并以具体案例支持，阐述出现故障的解决方式，为相关煤矿安全生产运输奠定基础。

1.关于防爆变频器

(1)原理

现代防爆变频器以数字化、矢量控制技术支持，属于变频调速控制系统，在煤矿井下皮带运输机中应用广泛，可采用变频功能开启电机，调速的过程构建变频器和井下作业的联系，明确变频控制目标的，提高井下机电系统控制效果，保障煤矿井下安全作业。

(2)变频调速

防爆变频器都设变频调速装置，可实现自我保护、自我诊断，确保皮带运输机监控系统自动运行。通过了解变频器运行过程，结合液晶显示器显示结果分析故障产生原因，及时自我诊断、报警，可迅速发现故障并解决。防爆变频器自我诊断及保护过程可完整记录并存档，便于日后维护分析[2]。防爆变频器还具备电压控制及限流功能，防爆变频器电压输入范围广，因此可通过电压反馈、自动调节保证电压输出有效性。防爆变频器自我调节电压并不受电网电压、负载影响，启动变频器后，电流瞬间无变化，运行稳定后，电流及力矩也相对恒定，可避免电子元件受到破坏，避免电网冲击机械。

2.防爆变频器在井下皮带运输机中的使用

(1)软启动特性避免阻力突变

井下皮带运输机运转伴随采矿进度不同不断移动，受交流电影响，运输机可能出现驱动张力数据波动。导致数据波动主要是黏弹性变形，井下皮带运输机启动瞬间，自身阻力从静态转为动态，带动设备运转。阻力突变导致动张力随之变化，故需详细分析启动造成的冲击，确保启动中井下皮带运输机平稳运行。可采用防爆变频器控制运输机软启动，使系统启动时间变得可控，避免软启动特点导致设备出现阻力突变。

(2)变频器速度控制电机速度差

井下皮带运输机运作以驱动系统调整双滚筒、多滚筒，以电机拖动滚筒运作，也控制滚筒系统运行。在此过程中应设防爆变频器，保护电机出现故障，应确保不同系统电机运行速度差异不影响系统联动[3]。此外需发挥变频器变速作用，控制电机运行速度差处于合理范围，优化电流值，确保电机电流处于稳定状态。

(3)变频器无级调速

防爆变频器无级调速可实现对井下皮带运输机的常规故障检修维护，检修中将井下皮带运输机运行速度降低到安全值（较小），而同时也保障设备在空载状态下正常运转，之后展开技术性检验，及时发现问题。防爆变频器的无级调速可实现该技术应用过程，其检验技术应用过程有效性突出。

3.防爆变频器在井下皮带运输机使用中的故障

A煤矿五采区装备3台SSPJ-800皮带运输机，单台均长1500m，采用ZJT-30防爆变频器实现运输机正常启动、调速，各皮带运输机采用2台防爆变频器连锁控制。

(1)故障发生

安装调试设备运行正常，但作业一个月后，某日2台变频器正常停车，再开车无法启动，外观检查发现设定面板显示“OC”，设备过电流，但复位后仍无法打开，设定面板只有“OC”，打开前盖发现有浓烈焦糊味。请厂商技术人员检查，发现设备一个IGBT中间相损坏，更换后设备可正常运行。而后不久，发现2号变频器设定面板又出现“OC”，设备瘫痪。由厂商技术人员检查后，此次发现输入端整流桥炸裂，IGBT损害。随后60天里，变频器间断异常4次，故障现象基本相同。

(2)故障分析及解决

变频器多次故障，厂商技术组对故障进行全面分析，最后得出，该设备位于井下主回风巷中，巷道湿度较大，而防爆变频器运行散热较多，停车后迅速冷却。故防爆变频器启停过程中，空气热交换较多，设备内部容易产生凝露，进而导致变频器电路出现短路，出现放电，导致设备损坏。

为解决此问题，其重点在于防潮，但一般性防潮的效果并不明显，防爆变频器属于特殊设备，需落实专门的防潮保护。而后技术人员设计在巷道中设置峒室，将变频起动放置到硐室内，起到隔离保护的作用，并在硐室内设置多个防爆灯，确保硐室内部干燥性。设计完成，后期该矿区正常开采，防爆变频器再未发生故障。

4.防爆变频器在井下皮带运输机使用案例

(1)故障产生

煤矿能源有限公司为提高矿井下开采运输效率，特采用防爆变频器支持控制，重视矿井下皮带运输机针对拖动技术的各项要求，如控制要简洁方便、要有良好启动转矩、启动性、调速性能要突出等。将防爆变频器应用到皮带运输机控制中，整体来看运输机驱动方式为系统配置驱动，结合防爆固态软启动系统和液力耦合器分别两台，在CST驱动装置上，设置CST两台、磁力启动器两台和一套控制系统。

在防爆变频器使用过程中，近半年时间发现其出现多次辅助设备防爆低压开关故障，变频器PLC接口烧坏，影响正常井下作业及运输。经查明发现主要是开关阻容保护导致过电压，进而导致发生阻容爆炸，弧光短路导致PLC接口窜入电压。变频器使用过程中会产生谐波，其输入端和输出端都会产生高次谐波，变频器、晶闸管供电、直流电机、无换向器、电动机等都存在非线性引起的谐波，在该案例故障中，其故障主要是辅助设备和一台变频器共用一个移动变电站导致变频器的谐波反馈到电网辅助设备开关造成开关阻容。

(2)故障解决及技术优化

为解决该故障，提出重新安装一台移动变电站，专门用于辅助设备的负荷，进而控制变频器谐波对辅助设备开关的影响，原本变频器内部的PRC输出端配置光电隔离珊，减少外部输出对内部设备的影响。经处理后设备投入运行，变频器至今未发生过故障，设备运行效果明显。除此之外，为提高井下皮带运输机的运行效率，优化控制以实现节能环保，特提出对变频器系统做以下技术优化。

该公司在防爆变频调速装置上采取无速度传感器支持，结合矢量控制方式，可实现对磁场定向适量的精准性控制，再配合现场的异步电机精准测速设备，可以在井下皮带传输机上安装好先进恶俗装置，平衡系统的维护量。整体系统采用无速度传感器矢量控制，可以由工作人员输入电机参数，控制励磁电流控制量，对其分析。一般励磁功率为电机功率的3%-5%。之后通过控制电动机定子绕组电压频率，保证励磁电流、转矩电流指令值等到位，输出正常的转矩，最终实现矢量控制。在该控制过程中，无速度传感器矢量控制可以匹配直流电机，控制变频器调速，构建针对皮带传输机稳定性的异步电机转矩技术体系，可实现电机低频运行额定转矩输出控制。

该煤矿能源有限公司使用软启动、软停止优化皮带输送机驱动，但是皮带本身具有一定弹性，其负载运行中惯性突出，输送机工作中避免不了加速度及停车减速度有一定速度差，要控制产生的速度差，也是对皮带储存能量值的控制，保证运输机平稳的运输，该煤矿能源有限公司选择以S型为支持的加速曲线调整皮带运输机平稳重载启动能力，构建变频调速系统，保障防爆变频器在空载状态下的额定带速度也达5%-100%。

功率平衡上，为避免防爆变频器发生故障，采用双滚筒驱动装置支持，在设备同步滚筒位置构建同步启停装置，使电机故障可以合理停机，也发挥系统内的同步性能，保证系统运输能力满足需求。可以调整对应变频器，增加或减少驱动电动机电流差异数据，也可通过变频器系统构建单独的控制系统，强化对电机速度及电流值的控制，使其最大限度趋于平衡状态，构建动态化的功率平衡系统。

在该煤矿能源有限公司的煤矿井下作业中，运用4x220kW皮带运输机，同时配置4台防爆变频调速装置，设备启动时间为70s，最大的起动转矩为200%的额定转矩，设备可正常软启动，未出现上文出现的问题，且系统的年节电量达到60万度电。相关技术人员考虑到皮带运输机属于直起动设备，在其投入使用之前运输机系统、驱动电机故障提前分析，避免使用过程中产生诸多故障，大大降低了后期维护费用，降低了故障停机时间，为开采作业带来莫大便利，也提高了煤矿能源有限公司的整体经济效益。

5.结束语

综上所述，防爆变频器以及自身稳定性和平衡性受到工业生产行业青睐。在煤矿开采行业，伴随皮带运输机的广泛应用，如何更合理的使用防爆变频器，提高皮带运输机运行综合效果成为煤矿开采部门需注意的主要问题之一，要注意防爆变频器在实际使用中可能出现的故障问题，了解故障原因，保证可在最短时间内解决问题。尤其要注意以技术优化的方式，提高防爆变频器运行整体效率，着眼于煤矿开采行业的长久发展，为煤矿输送工作的高效性做深入研究。