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1、概  述
    錦界煤礦位于陜西省神木縣境內(nèi)，設計生產(chǎn)規(guī)模1000萬t/a，是錦界煤電一體化項目規(guī)劃裝機容量6×60萬kW電廠的配套煤礦，也是神華集團神東煤炭分公司在榆神礦區(qū)建設的第一對特大型礦井。該礦井采用斜井開拓，主運輸系統(tǒng)運距長，傾角大，運量大。2006年9月底全部建成投入試運行，初步達到了建設目標要求。
    根據(jù)項目規(guī)劃，煤礦一次建成，而配套電廠6臺機組分期分批投入發(fā)電，這就需要煤礦主運輸系統(tǒng)的運輸能力隨發(fā)電機組的陸續(xù)投運而逐步增加。為保證煤礦的正常生產(chǎn)與電廠發(fā)電能力很好地銜接，節(jié)省投資，對煤礦主運輸系統(tǒng)的帶式輸送機采用調(diào)速運行方式是非常必要的，在主運輸系統(tǒng)初期運量較小時采用較低速度運行以節(jié)約運營成本，符合國家大力倡導的節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策。
    常規(guī)的帶式輸送機調(diào)速方式采用液力偶合器，雖具有功率適應范圍大，結(jié)構(gòu)簡單，投資少的優(yōu)點，但也存在滑差功率損耗大，啟動電流大，同步控制困難，設備磨損及老化嚴重等缺點。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和成熟，以其較高的控制精度和優(yōu)異的調(diào)速啟制動性能在帶式輸送機調(diào)速驅(qū)動領域迅速得到推廣應用，在節(jié)約能源和提高設備性能及運行可靠性等方面成效顯著，因此，經(jīng)過綜合對比分析，確定錦界煤礦主運輸系統(tǒng)帶式輸送機和甲帶給煤機全部采用變頻調(diào)速驅(qū)動技術(shù)。本文結(jié)合該項目的設計實施，對變頻調(diào)速驅(qū)動技術(shù)在主運輸系統(tǒng)的成功應用經(jīng)驗加以總結(jié)。
2、主運輸系統(tǒng)的工藝布置及設備選型
根據(jù)礦井開拓部署，主運輸系統(tǒng)的設備主要由3 -1煤大巷帶式輸送機、3-1煤集中煤倉下口甲帶給煤機、主斜井帶式輸送機和上原煤倉帶式輸送機等組成，將井下工作面原煤運往地面原煤倉，如圖l所示。
    根據(jù)礦井開拓部署，主運輸系統(tǒng)設備主要由3 -1煤大巷帶式輸送機、3-1煤集中煤倉下口甲帶給煤機、主斜井帶式輸送機和上原煤倉帶式輸送機等組成，將井下工作面原煤運往地面原煤倉。
    該設備主要參數(shù)為：帶寬1.6 m、運量3 700t/h、帶速4.5m/s、長度2 100 m。3-1煤大巷帶式輸送機主要參數(shù)：帶寬1.6 m、帶速4.5 m/s、運量3 700 t/h、長度2 100 m。近水平布置，總功率4 x500 kW，屬于在井下使用的長運距、大運量的大型帶式輸送機，采用690 V防爆變頻電機配減速器驅(qū)動方式，并選用ABB低壓防爆變頻器。
    低壓防爆變頻驅(qū)動因受散熱等防爆要求的限制，目前單機最大驅(qū)動功率為500kW，因此該帶式輸送機采用頭部雙驅(qū)動滾筒2:2驅(qū)動單元配置，每個驅(qū)動單元500 kW，以滿足選用低壓防爆變頻驅(qū)動的要求。它主要由礦用隔爆型變壓器(10kV/693 V)、水冷式防爆690 V變頻器、變頻電機和相應的控制系統(tǒng)組成。4臺變頻器由2臺變壓器提供4回690 V的12脈沖電源，每臺變頻器由12脈沖整流電源和各自獨立的逆變單元和水冷單元組成。系統(tǒng)配置如圖2所示。與井下常用的機械軟啟動相比，變頻調(diào)速驅(qū)動配電控制柜多，特別是變頻器需要的水冷系統(tǒng)較繁瑣，配電硐室面積增加約1.5倍，給井下布置和生產(chǎn)管理都帶來了不便，但它除具有較好的軟啟動性能、可實現(xiàn)功率平衡等優(yōu)點外，最大優(yōu)勢在于能方便地進行調(diào)速運行以適應礦井主運輸系統(tǒng)運量變化的需求，節(jié)能高效。
    3 -1煤集中煤倉下口甲帶給煤機主要參數(shù)：最大給煤量2 000 t/h、甲帶最高運行速度0.73m/s、驅(qū)動功率5.5 kW，采用變頻器無極調(diào)速控制方式。與傳統(tǒng)的往復式和振動式給煤機相比，甲帶給煤機改間斷給料為連續(xù)給料方式，可根據(jù)主運輸系統(tǒng)運量變化要求，由660 V防爆變頻器控制甲帶運行速度，實現(xiàn)調(diào)速運行，高效節(jié)能。
    主斜井帶式輸送機主要參數(shù)：帶寬1.6 m、帶速4.5 m/s、運量3 700 t/h、長度3 733 m、傾角為14°，總功率3 xl 650 kW，屬于煤礦主提升運輸系統(tǒng)中大運距、大傾角、大運量的超大型帶式輸送機，采用2.3 kV變頻電機配減速器驅(qū)動方式，選用西門子中壓變頻器。該輸送機采用頭部雙驅(qū)動滾筒2:1驅(qū)動單元配置，每個驅(qū)動單元l 650 kW．全部布置在主斜井井口驅(qū)動機房內(nèi)。
    西門子2.3 kV中壓變頻驅(qū)動是目前煤礦主提升帶式輸送機上比較常用的驅(qū)動技術(shù)之一。它主要由三繞組變頻變壓器(10 kV/2.3  kV)。三電平電壓源型中壓變頻器、變頻電機和相應的控制系統(tǒng)組成。變壓器選用三繞組雙層結(jié)構(gòu)戶外安裝油浸式變頻變壓器；變頻器選用風冷散熱方式，電源側(cè)用12脈沖二極管整流器，電機側(cè)用HV - IGBT功率卡三電平逆變器。與常用的機械軟啟動相比，該驅(qū)動技術(shù)供配電系統(tǒng)額外增加了隔離變壓器和變頻器室，配電室面積較大，但驅(qū)動機房內(nèi)驅(qū)動單元機械設備大為簡化。由于采用了多點驅(qū)動方式，為很好地解決了多電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)矩和拖動功率的平衡問題，對多臺變頻器采用了主／從控制模式，主變頻器按照主運輸帶式輸送機驅(qū)動要求進行速度控制，同時將其速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電動機的轉(zhuǎn)矩設定值，分配給主變頻器和從變頻器，再轉(zhuǎn)換成各自的電流設定值，從而實現(xiàn)各自的電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)了多電機的轉(zhuǎn)矩和拖動功率平衡和速度的同步；因變頻器采用了閉環(huán)矢量控制方式，帶式輸送機實現(xiàn)了優(yōu)化S形曲線的啟動和可控停車。采用這種調(diào)速控制方式的最大優(yōu)勢在于能適應礦井主運輸運量變化要求的合理運行的速度調(diào)節(jié)，在20%～100%負載變化情況下功率因數(shù)達到≥0.96，具有傳統(tǒng)調(diào)速方式不可比擬的優(yōu)越性。缺點是諧波偏高。通過采取有效的諧波治理，最終使得諧波控制在了合理的水平，達到國家標準的要求。
    上原煤倉帶式輸送機主要參數(shù)：帶寬1.6 m、帶速4.5 m/s、運量3 700 t/h、長度275 m、傾角11. 54。，總功率2x500 kW，采用690 V變頻電機配減速器驅(qū)動方式，選用西門子低壓變頻器。該輸送機采用頭部單驅(qū)動滾筒1:1驅(qū)動單元配置，每個驅(qū)動單元500 kW，均布置在原煤倉上。
  普通低壓變頻器是目前煤礦地面帶式輸送機常用的驅(qū)動方式之一，主要由變壓器、變頻器、變頻電機和相應的控制系統(tǒng)組成，與防爆變頻驅(qū)動相比，變頻器的散熱更容易解決，采用風冷方式簡單而實用。
3、結(jié)  語
    錦界煤礦主運輸系統(tǒng)自投運一年來，全部實現(xiàn)了調(diào)速運行。期間帶式輸送機運行速度分別設定在3.5 m/s和4.0 m/s，均取得了較好的運行效果。調(diào)試期間，除井下防爆變頻器水冷散熱系統(tǒng)做了局部改進外，其余設備一次調(diào)試運行成功，期間還按照設計參數(shù)成功進行了滿載全速運行試驗。
    現(xiàn)場實際應用表明，采用變頻調(diào)速驅(qū)動技術(shù)，能夠有效地改善帶式輸送機的啟動、運行、制動性能，很好地解決了多電機驅(qū)動的功率平衡和同步問題，并滿足主運輸系統(tǒng)逐步提速擴能的需要，實現(xiàn)了帶式輸送機的安全、經(jīng)濟、高效、可靠運行，延長了設備的壽命，取得了可觀的社會效益和經(jīng)濟效益。隨著可控硅技術(shù)的發(fā)展以及電力電子和微電子控制技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速驅(qū)動技術(shù)以其優(yōu)異的啟制動性能、高效率、節(jié)電效果明顯和高性價比等諸多優(yōu)點，必將在大型煤礦主運輸系統(tǒng)中得到大力推廣。