许随利　秦志强

摘 要：为解决赵固二矿西胶带大巷带式输送机启动时电流和启动力矩大、驱动电机损坏较为频繁的难题，改造使用BPBJV-1600/10型10 kV防爆高压变频器。本文介绍了10 kV防爆高压变频器在主煤流输送系统中的应用方案、调速控制策略及运行数据分析。实践证明，改造后的系统实现了设备平稳启停，降低了设备故障率，减少了电能消耗，提高了系统运行可靠性。

关键词：防爆高压变频器;功率平衡;软启停控制;节能

中图分类号：TD528.3文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）07-0076-03

Abstract： A 10 kV explosion-proof high-voltage inverter of model BPBJV-1600/10 had been applied to the belt conveyor of the West Belt Road of Zhaogu No.2 Coal Mine to solve the problems of large starting current and torque and frequent damage to the drive motor when the conveyor starts. The application scheme， speed control strategy and operation data analysis of the explosion-proof high-voltage inverter in the main coal flow transmission system were introduced. It has been proved by practice that the reformed system can realize the smooth start and stop of the equipment， reduce the failure rate of the equipment， reduce the power consumption and improve the operation reliability of the system.

Keywords： explosion-proof high-voltage inverter;power balance;soft start and stop control; energy saving

趙固二矿西胶带大巷带式输送机主要负责矿井西部采掘工作面的原煤运输工作，带式输送机型号为DTL140/300/3×710，带宽1 400 mm，运输能力3 000 t/h，带速4 m/s，巷道坡度4.7°～16°，软启动方式为10 kV高压磁力起动器配合恒充式液力耦合器。采用该启动器的原因是使用液力耦合器启动时电流过大，启动力矩大，损坏电机较为频繁。14030一次采全高工作面投产后，西胶带负荷增大，系统运行不确定性因素增加，无法保证生产性。

为解决上述难题，赵固二矿于2019年5月开始对西胶带大巷带上输送机供电系统、驱动部分进行改造，投运10 kV防爆高压变频器，实现了设备平稳启停，降低了设备故障率，节约了电能消耗，提高了系统运行可靠性[1]。

1 西胶带变频改造技术方案

1.1 现场工况介绍

赵固二矿西胶带大巷输送机原系统由3台710 kW/10 kV电机拖动，原电机调速设备为软启动器系列。由于在运行过程中使用软启动时启动电流过大，损坏电机较为频繁，为确保生产稳定性，考虑改用变频控制方案。考虑到现场实际情况，配置BPBJV-1600/10型10 kV防爆高压变频器，采用一拖二形式，2台10 kV防爆高压变频器采用同步控制。

1.2 10 kV防爆高压变频器技术的先进性

BPBJV-1600/10型10 kV防爆高压变频器由隔爆外壳、48脉波整流移相变压器、功率单元、主控制系统及冷却系统构成，是基于先进矢量控制技术的超低谐波高压变频器，可以较好地满足煤矿井下输送设备10 kV防爆电动机的调速软启软停控制需要。该变频器具有以下技术要点。

①采用最新一代矢量控制的力矩控制模式，可实现低速大力矩，允许更高的过载和启动力矩，转矩响应快[2]。

②采用48脉冲超低谐波移相整流技术和多重化整流技术、多电平逆变技术，变频器输入侧电压谐波失真率小于2%，变频器输出波形接近完美正弦波，实现绿色变频控制。

③具备功率平衡和软启软停控制功能，通过光纤及优异的功率平衡算法控制电机输出功率平衡，加/减速度时间在4～360 s可调。

③优化了基于电机转矩的主煤流输送系统煤量估算公式，能根据变频器驱动电机运行时的输出转矩自动估算输送机上的煤量，并进行智能调速;通过连续分析某一时段内电流或转矩值得出当前皮带上的煤量，然后理论计算出皮带最佳运行频率，并控制变频器按照此频率运行。

1.3 10 kV防爆高压变频器改造电气技术方案

如图1所示，1#、2#变频装置为BPBJV-1600/10型10 kV防爆高压变频器，保留现场原有带式输送机控制箱时，增加一个带式输送机变频集控系统。该集控系统可根据工艺需求，实现对2台变频装置的主从控制设置，完全满足用户现场生产需求。

每台BPBJV-1600/10型10 kV防爆高压变频器可控制2台电机，即控制方案为一拖二。2台BPBJV-1600/10型10 kV防爆高压变频器之间通过主从光纤连接，实现主从通信和主从控制，达到电机同步启停、同步调速、功率平衡的目的。

变频器命令模式主要有本地与远控两种：本地模式就是变频器的启停操作及速度给定通过变频器的触摸屏控制，远控就是通过硬接点或通信给定。变频器控制模式有独立主机或从机模式。BPBJV-1600/10型10 kV防爆高压变频器同步控制方式采用主从控制方式，由主机接收防爆控制箱命令，从机根据主机状态及命令调整运行状态，最终实现多台变频装置同步运行。

2 10 kV防爆高压变频器运行数据分析

BPBJV-1600/10型10 kV防爆高压变频器在2019年6月6日开始下井进行安装调试，并于2019年6月20日开始正式投入生产运行，在后续运行中逐步调试完成变频器所有驱动模式和功能，在近6个月运行中，稳定性良好。变频器驱动电机过程中，加速平稳，下面主要通过对变频器加速过程与稳定运行过程中的数据进行分析绘制出运行电流与运行电压的数据曲线。

在主从变频器驱动2台电机的运行模式下，选取一个时间段对2台变频器（一拖一）同步驱动2台电机的数据曲线进行分析，分别绘制出主从机在加速过程与运行过程中电流电压及频率曲线。图2是主机和从机在加速过程中电流与频率曲线，图3是主从机电压在加速过程中的电压曲线。

从图1与图2可以看出，主从机在启动加速过程中电流与电压曲线基本处于平衡状态，启动电流相对于直接启动电流小很多，电机加速也非常平稳，输出电压与输出频率成线性正相关。在运行到全频时，主从机电流波动在2 A之内，如此电机在牵引滚筒驱动带式输送机的过程中带式输送机的张紧度处于动态平衡中，不会出现一个滚筒拖拽另一个滚筒的现象。

接下来将选取一段在同步稳定运行状态下的电压和电流数据进行分析，通过图4与图5来反映主从机输出电流与电压的动态平衡。

从图4可以看出，主机电流与从机电流在稳定运行过程中基本都在16～18 A波动。从图5可以看出，主从机输出电压曲线基本在一个水平线平衡波动。

以上选取了2台变频器（一拖一）同步驱动2台电机（同步双驱）运行模式的运行数据，分别绘制了在加速过程及稳定运行中电流、电压曲线。变频器一拖二模式与一拖一模式原理相同，区别在于电机的总额定功率增加了一倍，电流曲线在单驱模式基础上会相应增加一倍。变频器三驱同步模式（主机一拖二，从机一拖一）与同步双驱模式（主从都是一拖一）的电流曲线也是基本相同：单机电机运行电流误差在2 A之内。

3 10 kV防爆高压变频器节能分析

10 kV高压防爆变频器采用负载自适应调速节能控制策略，在采集和分析主煤流輸送系统以往运行数据的基础上，根据实际主煤流输送系统运行特点，创造性地提出了基于电机转矩的主煤流输送系统煤量估算公式，能根据变频器驱动电机运行时的输出转矩自动估算输送机上的煤量并智能调速。根据检测的实际负荷比例判断将皮带输出的档位分为高、中、低三档，在负载达到所设定负载比例及检测时间后，调速到对应的速度档位，有助于带式输送机的节能降耗，提高电能的使用效率。

目前，西胶带大巷带式输送机运行模式为主从变频器带2台电机的运行模式。14030工作面正常生产期间，2台电机负荷电流在20～25 A，根据实时煤量检测调整带式输送机运行速度，西胶带四点班、零点班低煤量运行时间约2.5 h，八点班低煤量运行时间约3 h。按照低煤量时运行速度降低、符合率降低30%计算，每月可节约电能消耗为：

西胶带10 kV防爆高压变频器投运后，预计每月可节约电费消耗4.24万元，预计每年可节约电费消耗50.88万元。

4 结语

通过大量的实际数据分析，10 kV防爆高压变频器在西胶带大巷带式输送机的稳定运行和节能降耗上有着十分重要的作用与意义。项目推广应用将为煤炭企业实现智慧化矿山、节能降耗、降低生产成本、实现安全生产提供技术保障，促进煤炭行业技术进步。

参考文献：

[1]王廷才.变频器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]张选正.变频器应用技术与实践[M].北京：中国电力出版社，2009.