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变频调速驱动技术在锦界矿主运输系统的应用
发布时间：2013-09-11 09:22 来源：未知
1、概 述
锦界煤矿位于陕西省神木县境内，设计生产规模1000万t/a，是锦界煤电一体化项目规划装机容量6×60万kW电厂的配套煤矿，也是神华集团神东煤炭分公司在榆神矿区建设的第一对特大型矿井。该矿井采用斜井开拓，主运输系统运距长，倾角大，运量大。2006年9月底全部建成投入试运行，初步达到了建设目标要求。
根据项目规划，煤矿一次建成，而配套电厂6台机组分期分批投入发电，这就需要煤矿主运输系统的运输能力随发电机组的陆续投运而逐步增加。为保证煤矿的正常生产与电厂发电能力很好地衔接，节省投资，对煤矿主运输系统的带式输送机采用调速运行方式是非常必要的，在主运输系统初期运量较小时采用较低速度运行以节约运营成本，符合国家大力倡导的节能减排产业政策。
常规的带式输送机调速方式采用液力偶合器，虽具有功率适应范围大，结构简单，投资少的优点，但也存在滑差功率损耗大，启动电流大，同步控制困难，设备磨损及老化严重等缺点。随着变频技术的发展和成熟，以其较高的控制精度和优异的调速启制动性能在带式输送机调速驱动领域迅速得到推广应用，在节约能源和提高设备性能及运行可靠性等方面成效显著，因此，经过综合对比分析，确定锦界煤矿主运输系统带式输送机和甲带给煤机全部采用变频调速驱动技术。本文结合该项目的设计实施，对变频调速驱动技术在主运输系统的成功应用经验加以总结。
2、主运输系统的工艺布置及设备选型
根据矿井开拓部署，主运输系统的设备主要由3 -1煤大巷带式输送机、3-1煤集中煤仓下口甲带给煤机、主斜井带式输送机和上原煤仓带式输送机等组成，将井下工作面原煤运往地面原煤仓，如图l所示。
根据矿井开拓部署，主运输系统设备主要由3 -1煤大巷带式输送机、3-1煤集中煤仓下口甲带给煤机、主斜井带式输送机和上原煤仓带式输送机等组成，将井下工作面原煤运往地面原煤仓。
该设备主要参数为：带宽1.6 m、运量3 700t/h、带速4.5m/s、长度2 100 m。3-1煤大巷带式输送机主要参数：带宽1.6 m、带速4.5 m/s、运量3 700 t/h、长度2 100 m。近水平布置，总功率4 x500 kW，属于在井下使用的长运距、大运量的大型带式输送机，采用690 V防爆变频电机配减速器驱动方式，并选用ABB低压防爆变频器。
低压防爆变频驱动因受散热等防爆要求的限制，目前单机最大驱动功率为500kW，因此该带式输送机采用头部双驱动滚筒2:2驱动单元配置，每个驱动单元500 kW，以满足选用低压防爆变频驱动的要求。它主要由矿用隔爆型变压器(10kV/693 V)、水冷式防爆690 V变频器、变频电机和相应的控制系统组成。4台变频器由2台变压器提供4回690 V的12脉冲电源，每台变频器由12脉冲整流电源和各自独立的逆变单元和水冷单元组成。系统配置如图2所示。与井下常用的机械软启动相比，变频调速驱动配电控制柜多，特别是变频器需要的水冷系统较繁琐，配电硐室面积增加约1.5倍，给井下布置和生产管理都带来了不便，但它除具有较好的软启动性能、可实现功率平衡等优点外，最大优势在于能方便地进行调速运行以适应矿井主运输系统运量变化的需求，节能高效。
3 -1煤集中煤仓下口甲带给煤机主要参数：最大给煤量2 000 t/h、甲带最高运行速度0.73m/s、驱动功率5.5 kW，采用变频器无极调速控制方式。与传统的往复式和振动式给煤机相比，甲带给煤机改间断给料为连续给料方式，可根据主运输系统运量变化要求，由660 V防爆变频器控制甲带运行速度，实现调速运行，高效节能。
主斜井带式输送机主要参数：带宽1.6 m、带速4.5 m/s、运量3 700 t/h、长度3 733 m、倾角为14°，总功率3 xl 650 kW，属于煤矿主提升运输系统中大运距、大倾角、大运量的超大型带式输送机，采用2.3 kV变频电机配减速器驱动方式，选用西门子中压变频器。该输送机采用头部双驱动滚筒2:1驱动单元配置，每个驱动单元l 650 kW．全部布置在主斜井井口驱动机房内。
西门子2.3 kV中压变频驱动是目前煤矿主提升带式输送机上比较常用的驱动技术之一。它主要由三绕组变频变压器(10 kV/2.3 kV)。三电平电压源型中压变频器、变频电机和相应的控制系统组成。变压器选用三绕组双层结构户外安装油浸式变频变压器；变频器选用风冷散热方式，电源侧用12脉冲二极管整流器，电机侧用HV - IGBT功率卡三电平逆变器。与常用的机械软启动相比，该驱动技术供配电系统额外增加了隔离变压器和变频器室，配电室面积较大，但驱动机房内驱动单元机械设备大为简化。由于采用了多点驱动方式，为很好地解决了多电机驱动的转矩和拖动功率的平衡问题，对多台变频器采用了主／从控制模式，主变频器按照主运输带式输送机驱动要求进行速度控制，同时将其速度调节器的输出作为电动机的转矩设定值，分配给主变频器和从变频器，再转换成各自的电流设定值，从而实现各自的电流闭环调节，最终实现了多电机的转矩和拖动功率平衡和速度的同步；因变频器采用了闭环矢量控制方式，带式输送机实现了优化S形曲线的启动和可控停车。采用这种调速控制方式的最大优势在于能适应矿井主运输运量变化要求的合理运行的速度调节，在20%～100%负载变化情况下功率因数达到≥0.96，具有传统调速方式不可比拟的优越性。缺点是谐波偏高。通过采取有效的谐波治理，最终使得谐波控制在了合理的水平，达到国家标准的要求。
上原煤仓带式输送机主要参数：带宽1.6 m、带速4.5 m/s、运量3 700 t/h、长度275 m、倾角11. 54。，总功率2x500 kW，采用690 V变频电机配减速器驱动方式，选用西门子低压变频器。该输送机采用头部单驱动滚筒1:1驱动单元配置，每个驱动单元500 kW，均布置在原煤仓上。
普通低压变频器是目前煤矿地面带式输送机常用的驱动方式之一，主要由变压器、变频器、变频电机和相应的控制系统组成，与防爆变频驱动相比，变频器的散热更容易解决，采用风冷方式简单而实用。
3、结 语
锦界煤矿主运输系统自投运一年来，全部实现了调速运行。期间带式输送机运行速度分别设定在3.5 m/s和4.0 m/s，均取得了较好的运行效果。调试期间，除井下防爆变频器水冷散热系统做了局部改进外，其余设备一次调试运行成功，期间还按照设计参数成功进行了满载全速运行试验。
现场实际应用表明，采用变频调速驱动技术，能够有效地改善带式输送机的启动、运行、制动性能，很好地解决了多电机驱动的功率平衡和同步问题，并满足主运输系统逐步提速扩能的需要，实现了带式输送机的安全、经济、高效、可靠运行，延长了设备的寿命，取得了可观的社会效益和经济效益。随着可控硅技术的发展以及电力电子和微电子控制技术的飞速发展，变频调速驱动技术以其优异的启制动性能、高效率、节电效果明显和高性价比等诸多优点，必将在大型煤矿主运输系统中得到大力推广。
