董兴洪　赵忠军　张锦平　何祝友

摘 要：由于交流变频电牵引采煤机具有良好的牵引特性，可用于大倾角煤层，而且结构简单、运行可靠、反应灵敏、动态特性好、检测和显示系统完善、使用寿命长等优点，在煤机行业得到了广泛的推广与应用。该文介绍变频器安装时的注意事项及接线的工艺要求，通过几个典型的采煤机故障维修案例分析，对推广使用电牵引采煤机及故障分析起到了引导作用。

关键词：电牵引 变频器 非机载 故障分析

中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（b）-0032-02

攀煤集团公司使用的采煤机均为上海天地公司生产交流电牵引采煤机。从变频器的安装位置可分为机载式（变频器安装在采煤机机身内）和非机载式（变频器安装在采煤机外）两种。非机载式采煤机由于将变频器安设在采煤机外，通过牵引电缆和采煤机连接，减少了采煤机工作时对元件的震动，变频器故障率大为降低，但如果变频器安装不正确、接线不规范，同样会使变频器不能正常工作，甚至造成故障影响其使用寿命。我们通过多年时间从事综采工作面机电设备的安装调试及故障处理工作，在工作中积累了一些现场实际经验，在此笔者谈谈非机载式采煤机变频器的安装、接线工艺及故障处理方面的一些体会。

1 变频器的安装与接线工艺要求

1.1 变频器的安装及环境要求

由于综采工作面采煤推进速度快，配电点移动频繁，通常的做法是：将磁力起动器、牵引变压器、变频调试箱等设备安装在桥式转载机上，这样移动桥转时，所有的电气设备都可以随桥转一起移动。不用人工移动配电点。在正常出煤时，桥转及破碎机运转时产生的振动较大，容易造成变频调速箱内元件及接线柱松动，在安装磁力启动器、变频调速箱等设备时，应在设备下面垫4个φ60×40的橡胶圈并用螺栓与桥转连接，减小设备工作时的振动，防止由于震动造成机内元件松动导致的故障。

该变频调速箱采用隔爆式设计，隔爆方式为ExdI，不能放置在有淋水的环境中使用。在进行设备安装排序时尽量将有电子类电磁干扰的设备远离变频器，以免发生相互干扰，导致设备不能正常工作。

1.2 接线工艺要求

在接线前一定要检查牵引电缆及牵引电机的绝缘电阻值，其总绝缘电阻值必须大于1 MΩ以上方可使用，否则会烧坏电机或导致变频器故障。非机载式采煤机是通过一根牵引电缆来连接变频器和采煤机运行的，变频器和采煤机之间的指令传输通过牵引电缆的7根控制芯线来完成，变频器在工作时，由于整流和变频，周围会产生很多的干扰电磁波。这些高频电磁波对附近的机电设备及仪表、仪器有一定的干扰。如果处理不好，往往会使整个系统无法正常工作，导致控制单元失灵或损坏，其次，其他机电设备工作时产生的一些电磁波也会对变频器带来干扰。所以除选用特殊的屏蔽电缆（必须选用MCPT系列电缆）外，对接线工艺要求也较高。不管是输入端电源电缆还是输出电缆甚至是控制芯线，都不要留太多余量，电缆不要交叉、不要盘圈，对电缆内的金属屏蔽层必须可靠接地（只接一端，如果采煤机侧屏蔽线接地，则变频器端不要接地，反之亦然），电缆在接线柱上一定要紧固，并采取防止松散的措施，因为牵引电机采用380 V供电，牵引电流大，容易造成接线柱发热甚至缺相运行，严重时烧毁电机或者变频器。

1.3 防止输入端过电压或欠压

变频器电源输入端往往有过压及欠压保护，但是，如果输入端电压过高，会使变频器内滤波电容损坏。如果输入电压过低，变频器会报欠压故障不能正常工作。因此，在实际使用中，要核实变频器的输入电压以及变频器使用的额定电压，一般将电压控制在370～400 V之间为宜，否则会造成严重后果。

1.4 使用及维护要求

该变频器采用水冷式结构，在工作时必须保证有一定流量的冷却水，以保证对机内大电流整流器件及大功率IGBT等电子元件进行冷却，水压控制在3.0 MPa以下，流量控制在25～30 L/min。由于井下环境潮湿且煤尘大，在使用时应在变频箱内放置干燥剂，并定期检查干燥剂的使用情况，在干燥剂接近饱和状况前及时更换。对防爆面要定期涂抹凡士林，以防煤尘进入变频箱内。

变频器在使用时要避免频繁开关机。停机后如需再次送电，必须等待10 min后方可进行，因为间隔时间过短机内电容器存储的电荷未充分释放，再次送电容易造成机内元件过压损坏。

当变频器报故障时严禁多次按“复位”键强行送电，这样容易造成故障进一步扩大，带来新的故障，必须等维修人员排除故障后方可再次送电。

2 变频器常见故障分析与处理

该集团公司使用的上海天地生产的非机械式采煤机（如：MG150/348、MG200/546，MG250/600等）均使用安川G7型变频器，该变频器运行稳定、过载能力强、故障率低，通过近几年的使用发现，在变频器报故障时真正是变频器损坏的情况并不多，变频器报故障大部分是外围电路故障、电缆故障或机械故障所致。下面是我们通过多次井下现场维修，认真分析、整理而成的几个维修案列。

2.1 实例1：MG200/456—QWD型采煤机

故障现象：采煤机无牵引，变频器报“OC”故障。

故障分析：变频器报“OC”故障，说明变频器有过载现象，跟牵引电机、牵引减速箱、牵引电缆等有关。

故障维修：开启采煤机后，观察变频器显示屏电流变化，当电流达到105 A时，变频器报“OC”故障，为了区分故障部位先取下左牵引电机负荷线后试机，电流仍然达到105 A，由此可判断左牵引部基本正常，接上左牵引电机负荷线，取下右牵引电机负荷线再进行试机，观察牵引电流仍然很大，据此判断牵引电缆有短路现象，经查找，在电缆槽内有一石块将电缆挤伤，造成主芯线短路故障，经处理后故障排除。

2.2 实例2：MG200/456—QWD型采煤机

故障现象：采煤机启动后，只要一给方向指令，显示屏就显示某一固定速度，加速、减速无效。

故障分析：正常情况下，采煤机给了方向指令后不会行走，只是原地待命，还得给一个速度指令才会从零开始加速，只给方向采煤机就有牵引。据此分析，该故障跟PA7—3盒、PLC、变频调速箱内A4板、A5板有关。

故障维修：采煤机发出的4～20 MA电流信号给变频器，变频器再将4～20 MA的电流信号变换成0～10 V的电压信号送入A5板，经A5板处理后，送入变频器G7。如果将速度指令线XF1—1断开，采煤机就无牵引，处在原地待命状态，说明故障在采煤机部分，反之，则在变频器部分，当断开XF1—1芯线后，采煤机无牵引，说明故障在采煤机部分。那么，怎样确定采煤机内是PLC故障还是PA7—3呢，我们只需测量XTF27、XTF28两端的直流电压就能判断出是哪部分发生故障，当启动采煤机后不给加速指令XTF27、XTF28两点电压应该为0 V，如果有电压则PA7—3盒损坏。在处理该采煤机故障时，启动采煤机后实测XTF27、XTF28两点电压为2.3 V，说明PA7—3盒损坏，更换后故障排除。

2.3 实例3：MG250/600—AWD型采煤机

故障现象：采煤机正常启动后，按“加速”键，采煤机无牵引。

故障分析：该故障涉及的范围较广，牵引电缆、PLC、PA7—3、变频调速箱等。这几部分中的任何一部分损坏均可造成该故障。

故障维修：首先要大致判断出故障的范围究竟是在变频调速箱，还是在采煤机或电缆部分。方法是：取下变频调速箱内的X2—6接线排的导线，采煤机正常启动后，观察变频调速箱内的“松闸指令”指示灯、“松闸确认”指示灯，如果这两个指示灯都点亮后，就用指针式万用表接入X2—6、X2—7的两端（万用表拔到R×1、R×10均可，红表笔接X2—7， 黑表笔接X2—6），此时，变频器显示屏应有8～10 Hz的频率显示（不同型号的万用表，频率略有差异），说明变频器调速箱正常，故障在采煤机或牵引电缆。采煤机正常启动后按下“加速”键，观察采煤机液晶显示屏，如果显示的牵引速度增加，则很可能是牵引电缆芯线损坏，反之，则是PA7—3或PLC损坏。我们再通过测量XTF27、XTF28两点的电压判断究竟是PA7-3还是PLC故障。在处理该采煤机时按下“加速”键后，显示的牵引速度在增加，但采煤机无牵引，经检查发现，牵引电缆内控制芯线损坏。更换备用控制芯线后，故障排除。

3 解决非机载远距离传输的干扰问题

目前，解决变频器的干扰问题最好的方法就是在电源端加装合适的电抗器。该矿使用的MG200/456非机载式变频调速电牵引采煤机，由于主控系统采用PLC控制技术，易受干扰（现采用DSP技术），生产厂家将牵引电缆长度都控制在200 m以内。该矿布置的某工作面斜长达到245 m，牵引电缆长300 m，远远超出厂家设计标准，导致新安装的工作面无法正常投入生产。为了解决非机载式采煤机变频器与采煤机之间牵引电缆过长易受干扰的这一技术难题，经查阅变频器方面的技术资料，分析远距离传输的技术难点，找出主要的干扰源，利用设计增加抗干扰元件。通过到现场的数次试验、测量，最终将这一难题攻克，不仅为该工作面的开采赢得了时间，更为解决交流变频电牵引采煤机，牵引电缆的远距离传输问题提出了科学可行的解决方案。该方案在笔者所在公司的非机载采煤机上得到推广应用。

4 结语

变频器电路，是弱电和强电的有机结合，是软件和硬件的有机结合，也是微电子技术和电力半导体器件的结合应用。随着制造工艺的不断提升、变频技术的日趋成熟，控制上的智能化和灵活多变，以及它强大的功能，各种完善的检测和保护电路，使变频器在各个领域得到了广泛的应用。在全面崇尚科学技术是第一生产力的大环境下，我们要不断学习新知识、新技术，提高自身业务技能，只有掌握了变频器的工作原理，才能应用好、使用好、维护好变频器。

参考文献

[1] 徐晓宇.变频器在煤矿提升机中的应用及研究[D].山东大学， 2008.

[2] 田成金.薄煤层自动化工作面关键技术现状与展望[J].煤炭科学技术，2011（8）：83-86.

[3] 王国法.煤矿高效开采工作面成套装备技术创新与发展[J].煤炭科学技术，2010（1）：63-68.