1、概  述
    錦界煤礦位于陜西省神木縣境內(nèi)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模1000萬(wàn)t/a，是錦界煤電一體化項(xiàng)目規(guī)劃裝機(jī)容量6×60萬(wàn)kW電廠的配套煤礦，也是神華集團(tuán)神東煤炭分公司在榆神礦區(qū)建設(shè)的第一對(duì)特大型礦井。該礦井采用斜井開(kāi)拓，主運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)距長(zhǎng)，傾角大，運(yùn)量大。2006年9月底全部建成投入試運(yùn)行，初步達(dá)到了建設(shè)目標(biāo)要求。
    根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃，煤礦一次建成，而配套電廠6臺(tái)機(jī)組分期分批投入發(fā)電，這就需要煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸能力隨發(fā)電機(jī)組的陸續(xù)投運(yùn)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(duì)煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)的帶式輸送機(jī)采用調(diào)速運(yùn)行方式是非常必要的，在主運(yùn)輸系統(tǒng)初期運(yùn)量較小時(shí)采用較低速度運(yùn)行以節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，符合國(guó)家大力倡導(dǎo)的節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策。
    常規(guī)的帶式輸送機(jī)調(diào)速方式采用液力偶合器，雖具有功率適應(yīng)范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少的優(yōu)點(diǎn)，但也存在滑差功率損耗大，啟動(dòng)電流大，同步控制困難，設(shè)備磨損及老化嚴(yán)重等缺點(diǎn)。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(dòng)性能在帶式輸送機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域迅速得到推廣應(yīng)用，在節(jié)約能源和提高設(shè)備性能及運(yùn)行可靠性等方面成效顯著，因此，經(jīng)過(guò)綜合對(duì)比分析，確定錦界煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)帶式輸送機(jī)和甲帶給煤機(jī)全部采用變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)。本文結(jié)合該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)施，對(duì)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)在主運(yùn)輸系統(tǒng)的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)。
2、主運(yùn)輸系統(tǒng)的工藝布置及設(shè)備選型
根據(jù)礦井開(kāi)拓部署，主運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)備主要由3 -1煤大巷帶式輸送機(jī)、3-1煤集中煤倉(cāng)下口甲帶給煤機(jī)、主斜井帶式輸送機(jī)和上原煤倉(cāng)帶式輸送機(jī)等組成，將井下工作面原煤運(yùn)往地面原煤倉(cāng)，如圖l所示。
    根據(jù)礦井開(kāi)拓部署，主運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備主要由3 -1煤大巷帶式輸送機(jī)、3-1煤集中煤倉(cāng)下口甲帶給煤機(jī)、主斜井帶式輸送機(jī)和上原煤倉(cāng)帶式輸送機(jī)等組成，將井下工作面原煤運(yùn)往地面原煤倉(cāng)。
    該設(shè)備主要參數(shù)為：帶寬1.6 m、運(yùn)量3 700t/h、帶速4.5m/s、長(zhǎng)度2 100 m。3-1煤大巷帶式輸送機(jī)主要參數(shù)：帶寬1.6 m、帶速4.5 m/s、運(yùn)量3 700 t/h、長(zhǎng)度2 100 m。近水平布置，總功率4 x500 kW，屬于在井下使用的長(zhǎng)運(yùn)距、大運(yùn)量的大型帶式輸送機(jī)，采用690 V防爆變頻電機(jī)配減速器驅(qū)動(dòng)方式，并選用ABB低壓防爆變頻器。
    低壓防爆變頻驅(qū)動(dòng)因受散熱等防爆要求的限制，目前單機(jī)最大驅(qū)動(dòng)功率為500kW，因此該帶式輸送機(jī)采用頭部雙驅(qū)動(dòng)滾筒2:2驅(qū)動(dòng)單元配置，每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元500 kW，以滿足選用低壓防爆變頻驅(qū)動(dòng)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(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成。4臺(tái)變頻器由2臺(tái)變壓器提供4回690 V的12脈沖電源，每臺(tái)變頻器由12脈沖整流電源和各自獨(dú)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(jī)械軟啟動(dòng)相比，變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)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(lái)了不便，但它除具有較好的軟啟動(dòng)性能、可實(shí)現(xiàn)功率平衡等優(yōu)點(diǎn)外，最大優(yōu)勢(shì)在于能方便地進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行以適應(yīng)礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)量變化的需求，節(jié)能高效。
    3 -1煤集中煤倉(cāng)下口甲帶給煤機(jī)主要參數(shù)：最大給煤量2 000 t/h、甲帶最高運(yùn)行速度0.73m/s、驅(qū)動(dòng)功率5.5 kW，采用變頻器無(wú)極調(diào)速控制方式。與傳統(tǒng)的往復(fù)式和振動(dòng)式給煤機(jī)相比，甲帶給煤機(jī)改間斷給料為連續(xù)給料方式，可根據(jù)主運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)量變化要求，由660 V防爆變頻器控制甲帶運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行，高效節(jié)能。
    主斜井帶式輸送機(jī)主要參數(shù)：帶寬1.6 m、帶速4.5 m/s、運(yùn)量3 700 t/h、長(zhǎng)度3 733 m、傾角為14°，總功率3 xl 650 kW，屬于煤礦主提升運(yùn)輸系統(tǒng)中大運(yùn)距、大傾角、大運(yùn)量的超大型帶式輸送機(jī)，采用2.3 kV變頻電機(jī)配減速器驅(qū)動(dòng)方式，選用西門(mén)子中壓變頻器。該輸送機(jī)采用頭部雙驅(qū)動(dòng)滾筒2:1驅(qū)動(dòng)單元配置，每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元l 650 kW．全部布置在主斜井井口驅(qū)動(dòng)機(jī)房?jī)?nèi)。
    西門(mén)子2.3 kV中壓變頻驅(qū)動(dòng)是目前煤礦主提升帶式輸送機(jī)上比較常用的驅(qū)動(dòng)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(jī)和相應(yīng)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(fēng)冷散熱方式，電源側(cè)用12脈沖二極管整流器，電機(jī)側(cè)用HV - IGBT功率卡三電平逆變器。與常用的機(jī)械軟啟動(dòng)相比，該驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)房?jī)?nèi)驅(qū)動(dòng)單元機(jī)械設(shè)備大為簡(jiǎn)化。由于采用了多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式，為很好地解決了多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩和拖動(dòng)功率的平衡問(wèn)題，對(duì)多臺(tái)變頻器采用了主／從控制模式，主變頻器按照主運(yùn)輸帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)要求進(jìn)行速度控制，同時(shí)將其速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)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(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)各自的電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)了多電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和拖動(dòng)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(jī)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化S形曲線的啟動(dòng)和可控停車。采用這種調(diào)速控制方式的最大優(yōu)勢(shì)在于能適應(yīng)礦井主運(yùn)輸運(yùn)量變化要求的合理運(yùn)行的速度調(diào)節(jié)，在20%～100%負(fù)載變化情況下功率因數(shù)達(dá)到≥0.96，具有傳統(tǒng)調(diào)速方式不可比擬的優(yōu)越性。缺點(diǎn)是諧波偏高。通過(guò)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(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
    上原煤倉(cāng)帶式輸送機(jī)主要參數(shù)：帶寬1.6 m、帶速4.5 m/s、運(yùn)量3 700 t/h、長(zhǎng)度275 m、傾角11. 54。，總功率2x500 kW，采用690 V變頻電機(jī)配減速器驅(qū)動(dòng)方式，選用西門(mén)子低壓變頻器。該輸送機(jī)采用頭部單驅(qū)動(dòng)滾筒1:1驅(qū)動(dòng)單元配置，每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元500 kW，均布置在原煤倉(cāng)上。
  普通低壓變頻器是目前煤礦地面帶式輸送機(jī)常用的驅(qū)動(dòng)方式之一，主要由變壓器、變頻器、變頻電機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成，與防爆變頻驅(qū)動(dòng)相比，變頻器的散熱更容易解決，采用風(fēng)冷方式簡(jiǎn)單而實(shí)用。
3、結(jié)  語(yǔ)
    錦界煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)自投運(yùn)一年來(lái)，全部實(shí)現(xiàn)了調(diào)速運(yùn)行。期間帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度分別設(shè)定在3.5 m/s和4.0 m/s，均取得了較好的運(yùn)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(jìn)外，其余設(shè)備一次調(diào)試運(yùn)行成功，期間還按照設(shè)計(jì)參數(shù)成功進(jìn)行了滿載全速運(yùn)行試驗(yàn)。
    現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，采用變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)，能夠有效地改善帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)性能，很好地解決了多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率平衡和同步問(wèn)題，并滿足主運(yùn)輸系統(tǒng)逐步提速擴(kuò)能的需要，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠運(yùn)行，延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命，取得了可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)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(dòng)技術(shù)以其優(yōu)異的啟制動(dòng)性能、高效率、節(jié)電效果明顯和高性價(jià)比等諸多優(yōu)點(diǎn)，必將在大型煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)中得到大力推廣。