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特大型主斜井带式输送机的研制
发布时间：2013-08-10 19:23 来源：未知
1、概述
同忻煤矿设计年产量1000万t，主斜井输送机原设计方案采用两台输送机搭接，由于系统复杂，洞室开拓及支护困难，总投资增大，胶带寿命降低，带载停机时由于两条输送机停车时间不同易造成转载点堵煤，输送机管理难度大。如采用一台输送机，采用头部集中四驱动，输送机的单边最大张力将达到2100 kN，输送机的带强达到ST8000，驱动单元也较为庞大达到4x2 800kW，造成输送机的投资大幅度增加；如采用转载式中间驱动布置形式，则可以降低带强，又能解决转载点堵煤，方便输送机的管理。经专家会议商讨，最后一致同意采用带转载式中间驱动一条布置形式。
由煤炭科学研究总院上海分院设计制造的同煤国电同忻煤矿主斜井带式输送机运输距离4 658 m．提升高度365 m，运量为4 800 t/h，装机总功率3×1800 +3×1800 kW，采用中间驱动技术、长距离变频驱动技术，是目前国内设计制造的长距离、大运量、具有高度自动化集成、采用当前最先进的驱动和监控技术，装机总功率最大的大型带式输送机。
2、驱动方式确定
目前能满足大功率驱动的要求的软启动装置有三种：巴杜公司的CST系统，VOITH公司的调速型液力偶合器及变频器，前二种能满足防爆要求，后一种不防爆。以下为三种软启动方式的比较：
(1) CST软启动
优点：
1)主电机可实现分时空载起动，对电网冲击��；
2)可以实现多台驱动电机之间的功率平衡；
3)完全可调节起动速率斜率，软起动、软制动性能良好；
4)起动完成后，在正常运行带速时，滑差消耗较小，效率较高；
5)可实现可控停车；
6)体积小，占地少，不存在防爆问题，大功率传动国内使用较多。
缺点：
1)存在滑差损耗，须配套可靠的热交换设备；
2)在功率平衡时要求主驱动与从驱动间具有差转的区别；
3)采用中间驱动时，头部驱动站与中间驱动站之间难实现功率平衡；
4)低速运行发热量大，难实现长时间慢速验带；
5)使用维护较复杂，运行成本较高。
(2)变频软启动
优点：
1)可以实现多台驱动电机之间的功率平衡；
2)可调节起动速度斜率，软启动、软制动性能良好。采用矢量控制能实现1.5倍的重载起动，限制起动电流<10；
3)电机+减速器+驱动滚筒的驱动方式，占地少；
4)无运行功率损耗，节能效果明显；
5)响应速度快，调速性能好，可以40%~100%的任何速度长期带载运行，能实现长时间慢速验带；
6)采用十二脉波整流，三电平输出技术可以使谐波影响满足国家标准要求。
缺点：
1)无法实现多台电机的分时空载启动，主电机以额定电流同时起动；
2)不同类型的变频器的谐波影响程度不同；
3)受防爆外壳的限制，井下使用防爆变频器的容量一般在630 kW/1 140 V以下。
(3) VOITH调速型偶合器软启动
优点：
1)主电机可实现分时空载起动，对电网冲击��；
2)可以实现多台驱动电机之间的功率平衡；
3)可调节起动速率斜率，软起动性能良好，启动时间能够控制到几分钟；
4)运行维护简单。
缺点：
1)驱动单元体积较大；
2)存在滑差损耗，功率平衡精度低，总体效率较低，运行及长时间慢速验带时须配套可靠的热交换设备。
通过比较，变频器以功率因数高、启动转矩大、调速范围宽、使用方便等优点已成为带式输送机的一种非常具有竞争力的驱动方案。但是由于变频器内部含有大量非线性电路元件，使得输出电压波形不是正弦波，该波形中含有大量谐波成分，通过连接变频器和电动机的动力电缆会产生高次谐波电流。因此一般类型的变频器输出侧到电动机距离通常限制在50 m~100 m内。
由于在论证时未闻防爆型1800 kW变频器实际应用实例，导致中间驱动的变频器方案成为主要难点。西门子罗宾康完美无谐波系列高压变频器采用单元串联多电平移相式PWM技术，可以使输出电压非常接近正弦波，在海上石油钻井平台实现了变频器输出长线传输驱动方案，但在煤炭行业以及大功率驱动中迄今未闻有同类应用实例，后经走访天津渤海石油公司求证长线传输驱动可行性和应用情况，最终选用西门子罗宾康高压变频器，将变频器安装在井口机房，通过长线传输到中间驱动电机。
3、西门子罗宾康高压变频器特点
(1)性能优异，输入和输出谐波极少（36脉冲整流、13电平逆变）。36脉冲整流输入符合并优于IEEE519—1992及GB/T14519—93标准对电压失真和电流失真最严格的要求。内部变压器为干式，绝缘等级为H级，可靠性高，维护简单。
(2)适应电网波动要求，电网电压可下降至55%，变频器仍能继续工作而不跳机。
(3)在20%一100%的负载变化情况内达到或超过0. 95的功率因数而无需功率因补偿装置。
(4)无需滤波器，变频器就可输出正弦电流和电压波形，对电机没有特殊的要求，可以使用普通异步电机，电机不必降额使用。具有软起动功能，没有电机启动冲击引起的电网电压下跌。变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%。变频器有共振点频率跳跃功能。
(5)变频装置对输出电缆长度及型号无任何要求，电机不会受到共模电压和dv/dt的影响。
(6)变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试，也可在没有6 kV高压情况下用低压电进行空载调试。
(7)控制采用无速度传感器矢量控制，起动转矩可达带式输送机额定转矩的150%。
(8)调速范围0%一100%连续可调，输出频率0~50 Hz（根据电机情况可设定）。加／减速时间0.1—3 600 s（根据负载情况可设定）。
(9)高一高结构，直接输出6kV高压，给6 kV电机供电。变频器对电网电压波动有极强的适应能力，电压下降45%仍可降额运行。
(10)变频器本体效率高于98.5%，整体谐波小于2%。
4、系统的控制功能
系统的控制是基于PLC逻辑控制系统来实现的，主要完成以下功能：
(1)带式输送机机故障检测及�；ぃ合低尘哂型晟频墓收媳；すδ�，可对带式输送机处的堆料、跑偏、驱动滚筒打滑、温度过高、纵撕等情况进行保护，同时也可对机头烟雾状态进行检测。
(2)变频器故障检测：变频器具有单元过电压、过电流、欠电压、缺相、过热、变频器过载、电机过载、输出接地、输出短路�；ひ约岸愿衾氡溲蛊鞲髦直；さ裙δ�。正常情况下，当上述故障发生时，变频器会自动根据故障级别给出报警或者�；ね；嗽銮肯低车目煽啃�，系统又将这些故障信号引入PLC系统，经其判断综合后，使系统发出信息或�；ね；�
(3)电动机的速度给定控制：给定控制根据用户要求，可以采用两种方式：①变频器分级给定，②PLC无级调速给定。
(4)组建上位机系统，增强系统的自动化程度，降低劳动量。系统配置的工业计算机系统能完成如下功能：①监测变频装置运行状态；②电动机速度显示；③电动机电流监测；④显示带式输送机输送过程；⑤运输统计、管理；⑥故障现实列表和故障历史查询；⑦故障报表输出；⑧建立故障排除系统，用户在电脑系统的指引下可逐步排除故障。
5、电控系统的控制功能
(1)控制器与变频器通讯，完成带式输送机开、停控制，并检测变频器运行参数。
(2)控制盘形闸油泵的开、停，检测盘形闸装置工作状态，防止高速抱闸。
(3)控制张紧装置的开、停，检测张紧装置工作状态。
(4)检测主电机电气参数（速度、电流、温度等），减速器参数（温度）等。
(5)高、低配电柜状态参数检测（合闸、分闸、故障）。
(6)实现与带式输送机�；は低沉樱瓿墒渌痛；すδ埽笨刂葡低尘哂杏肭昂笫渌突嗷ケ账墓δ�。
(7)具有集控、就地及检修等多种工作方式。
(8)单机控制系统可与自动化调度网联网，实现在矿调度室对带式输送机的监控，并可实现产量监测、设备监测、环境监测等系统接口。
(9)考虑制动抱闸与变频软制动的时间配合，考虑事故停车时，制动器与控制系统的配合。
(10)在某一个变频器的某相的单元变频器发生故障时，整个系统仍可以保证功平衡及速度同步。
(11)控制系统具有在线检测变频器输入电压、电流、输入有功功率、无功功率、输入功率因素、累计用电量、输出电压、电流、功率、频率、电机转速等，并显示。
6、主斜井带式输送机的创新点
(1)该主斜井带式输送机是目前国内装机功率最大的带式输送机。
(2)大功率的中间驱动技术。
(3)大功率长距离变频驱动技术。
同忻煤矿主斜井带式输送机于2009年10月投入试运行，2010年3月开始满负荷运行至今基本正常，满足各项技术指标要求，目前每月输送原煤在100～110万t，达到设计要求。
