高压变频一体机在煤矿刮板输送机上的应用

doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2020.01.053

能源技术与管理

EnergyTechnologyandManagement

年22020年第202045卷第1月期

Vol.45Feb.,No.12020

高压变频一体机在煤矿刮板输送机上的应用（山西晋煤集团晟泰公司，山西晋城048000）

［摘

要］针对刮板输送机运行中不可调速、机械磨损高、设备故障率高、功耗大的问题，采用

高压变频一体机对刮板输送机进行改造。通过井下现场应用分析可知：采用高压变频一体机后，工作面吨煤电量可节约15%以上，有效解决了刮板输送机启动力矩小、冲击力大的问题，调高了设备可靠性，工作面生产效率明显提升。

［关键词］高压变频一体机；刮板输送机；电气系统；应用效果［中图分类号］TD63+4.2［文献标识码］B［文章编号］1672蛳9943（2020）01蛳0142蛳03

（1）主回路。变频组件是由电压型“交-直-交”变频拓扑结构实现。电源经接触器、电抗器后通过六脉冲整流，然后由电力电容进行滤波稳压，再通过IGBT逆变电路将直流电逆变成交流电，从而实现频率和电压的可调。

（2）控制电路。控制电路是变频部分的心脏，其可完成信息的处理、控制及指令发送，可以对电路信号进行实时采集，并对其进行运算处理，从而形成IGBT可驱动的信号。控制电路主要有2方面作用：一是进行数据交换，通过光纤和驱动单元完成；二是进行信息显示，把收集的信息进行处理后传送到显示屏进行显示，并可接受外部指令，完成对一体机的控制。

（3）驱动电路。驱动单元可对系统中的电流、电压及温度信息进行预处理，并接受和保护主控器的IGBT触发信号，对PWM信号隔离放大，可通过光纤信号控制IGBT导通和关断时间。

（4）外部循环水冷系统。该系统是电气系统的重要组成部分，是保证电气系统正常运行的关键。系统可由直供管路供水，开放式直排，但需经减压处理，供水压力不大于3MPa，水流量不小于30L/min，水温不大于25毅。

（5）变频单元附属电路。附属电路包括变频器

M温

度信号漏电检测

0引言

刮板输送机是采煤工作面的主要运煤设备，其安全、高效运行是提高工作面开采效率的重要保障。目前，我国煤矿刮板输送机的驱动多数采用双速、单速真空磁力启动器与液粘、液力、电力软启动器来实现。该刮板运输机在运行过程中不可调速，且存在空载和大量轻载运行情况，必然产生无功损耗和机械磨损，会降低使用寿命咱1-5暂。随着我国科技进步，变频技术在机械工程领域得到广泛运用，这可以有效解决设备损耗、功率不平衡、效率低、电量消耗大等问题。高压变频技术在煤矿刮板输送机上的应用，可以有效解决刮板输送机启动力矩小、冲击力大的问题，降低设备故障率，提高设备可靠性，从而提高工作面生产效率，实现工作面安全高效生产。

1高压变频一体机组成及原理

YJVFG-400M-4T高压变频一体机电机主要有电机组件和变频组件构成，变频组件又由主电路、控制电路、驱动电路、显示屏等组成。高压变频一体机电气系统原理如图1所示。

充电

单元

整流电源滤波电路逆变电路

操作、控制及保护电路，主要由直流接触器、压敏抑制器、输入输出电路组成。

（6）显示屏与指示灯。一体机非驱动端正面有直流母线电压指示窗和显示窗，内部装有高耐温的LED显示屏，能够接收主控器发送的实时信息并显示出来。一体机正常运行时，通过显示屏显示直流母线电压、变频输出电流、输出功率和电机转速等实时参数；一体机发生故障时，还可准确显示

控制电源

驱动电路

对外

接口

显示屏

控制电路

图1高压变频一体机电气系统原理

2020年2月

Feb.,2020

史晓帆高压变频一体机在煤矿刮板输送机上的应用

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故障信息，并采取相应的保护措施。该机还带有DC指示窗，直流母线是否带电可通过其左右2个LED灯进行指示。显示屏与指示灯如图2所示。

（a）DC指示灯（b）显示屏

图2显示屏与指示灯

2井下改造连接

2.1刮板输送机改造

长平矿目前采用SGZ800/1050型刮板输送

机。其输送量为1500t/h，设计长度为230m，刮板链速为1.1m/s。为了保证刮板输送机安全稳定运行，本次改造采用单侧双驱动，在机头架组件的采空侧安装传动装置减速器、液压马达紧链装置等。在刮板输送机头和机尾各安装1个高压变频一体机。传动系统是由变频一体机通过联轴器、减速器将动力传递给机头、机尾链轮，由链轮传递给封闭的刮板链，使刮板链按需要的方向运行，完成输送煤炭的任务。减速器型号为WBPL-350，传动比为39∶1。

2.2高压变频一体机供电

YJVFG-400M-4T变频部分为六脉冲整流，前级供电变压器容量大于高压变频一体机容量的1.25倍。由于每台刮板输送机安装2台高压变频一体机，且同时运行，为了保证高压变频一体机供电驻方式的经济性，采用2台二次侧分别为低设备接的变对压电器网供的电谐。此种波干扰供。电如方果在式可以高压进Y变一接和频步一降体机的供电移变上附带其他负载，应在高压变频一体机和移变之间安装磁力起动器或馈电开关等控制设备。其供电原理如3所示。

矿用移动变电站

240A3.3kV

200VA变330频DV/1一体机

200kW

3.3kV

一体机所需容量≥1500kVA

M

127V或220V

240V3.3kV200VA

变330频DV/1一体机

200kW

3.3kV

M

一体机所需容量≥1500kVA

图3高压变频一体机供电原理

2.3高压变频一体机的控制

为了对变频调速一体机的输出速度进行动态调节，并且实现对电机故障、电机温度等信息进行监控，需安装刮板输送机操作箱。KTC控制台、刮板输送机操作箱和变频调速一体机构成控制系统。

控制台与刮板输送机操作箱连接后，控制台只需要送给刮板输送机操作箱一个开关量启停信

号，即可控制变频调速一体机的启停；刮板输送机操作箱接收到控制台的启动信号后，发出启动指令和速度、转矩信号，通过CAN总线传输给变频调速一体机，控制变频调速一体机的运转。2.4控制电缆的选择和使用

控制电缆为数据传输的通道，数据的安全、及时、可靠传输是保证系统运行的基础，应采用带屏蔽层的双绞通讯电缆，截面积不低于0.5mm2，并且有抗拉能力。2.5防止电磁干扰措施

由于变频器集成在一体机内，变频器运行时会产生谐波干扰。为了避免机器间的相互干扰，应遵守以下几点：①高、低压电源应尽可能地远离。②高压电源和信号电缆应尽可能地远离，如果电缆必须平行地放置，它们必须被尽可能地分开，不要交叠。③尽可能地控制电缆，不要横穿电源线；如果不能避免，则在可能的情况下一定要保持一个正确的角度。④控制线应选用专用的带屏蔽层双绞电缆。⑤当使用屏蔽电缆时，必须正确地连接（保证连接的低电阻），因此，所有污垢、油漆和绝缘材料必须从电缆和相邻的连接上去掉，屏蔽电缆尽可能平直地布置。⑥连接一体机的电缆应尽可能地短，电缆越短，辐射越小。

3应用效果分析

目前该高压变频一体机已在长平矿4310工作

面进行运用。该工作面倾斜长220m，走向长1092m，煤层倾角平均7毅；采用综合机械化放顶煤开采，前后有2部刮板输送机。本次改造在每台刮板输送架机头机尾各安装1台高压变频一体机，改造完成后，该工作面生产6个月，累计推进500m，实现最高产能8000t/d。通过对耗电量和工作面产量的计算，工频和变频的比较，改造后吨煤电量可节约15%以上，并且在整个运行过程中，刮板输送机部件耗损率低、设备故障率低，生产效率显著提高。

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能源技术与管理

EnergyTechnologyandManagement

年22020年第202045卷第1月期

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4结论

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史晓帆（1989-），男，助理工程师，毕业于中国矿业大学电气工程与自动化专业，长期从事煤矿机电技术工作。

［收稿日期：2019-08-26］

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拐点

高压变频一体机在煤矿刮板输送机上的应用，可以有效解决刮板输送机启动力矩小、冲击力大的问题；通过对比可知：进行高压变频一体机改造后，工作面吨煤电量可节约15%以上；运行过程中刮板输送机部件耗损率低、设备故障率低、可靠性得到了明显提高，降低了矿井机电设备事故，保证了工作面安全高效开采。

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13

69

时间序列/a

121518

图6矿井CO2涌出量R/S分析V统计量

由图5、6分析可知，矿井CH4和CO2带V的曲线均呈现上升趋势，序列中存在长期记忆。曲线明显转折处即为拐点，拐点横坐标即为矿井瓦斯涌出系统的周期长度。在图5中，n=11时出现突变点，表明矿井CH4涌出量序列的周期长度为11a；在图6中，n=10时出现突变点，表明矿井CO2涌出量序列的周期长度为10a。

4结论

（1）矿井CH4和CO2涌出量的时间序列霍斯特指数分别为0.9763、0.8478，分形维数分别为1.0237、1.1522，证明矿井瓦斯涌出量时间序列的趋势具有一定持久性。

（2）预测出CH4涌出量未来的状态与过去11a状态持续相关；CO2涌出量未来的状态与前10a状态持续相关。

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刘卫方（1974-），男，高级工程师，毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，长期从事煤矿技术管理工作。

［收稿日期：2019-08-31］