试谈焦煤高压变频器在新疆焦煤集团皮带机上运用

摘 要：就HIVERT型高压变频器在新疆焦煤集团斜井皮带运输机上的应用、现场环境、工况以及变频器工作原理、经济效益等方面作了详细阐述
关键词：高压变频器；煤矿；皮带运输机；节能；软启动；效益
1 概述
随着国内外现代变频调速技术的不断成熟和提高，变频器由于调速范围宽、精度高，调速平滑、稳定可靠、电机调速特性硬，节能效果显著等特点，逐渐取代传统的直流调速及液力耦合、液阻和电磁等调速设备，广泛应用于冶金、石油、化工、水泥、矿山等领域。

2 工作环境和工况

新疆焦煤集团矿区地处山区，矿区海拔高度2 000～2 200 m，夏季最高温度41℃，冬季最低温度-30℃。矿区有三个年产120万t的井口。新疆焦煤集团气煤斜井采用斜井皮带运输机由井下向地面运煤，日产煤约3500 t，皮带长650 m，皮带倾斜角19°～24°，皮带拖动电机功率400kW，由6 kV双电源供电，额定电流38.49 A。这些工况要求电机起动控制设备在高海拔地区能稳定可靠运行，同时要有较强的过载能力，能适应较大范围的电压波动。
皮带电机原设计为直接起动，后来考虑电机直接起动对电网和传动机械设备冲击大，且运行时始终处于全速运行状态，不利于节能降耗。经过对国内外各种高压变频器慎重调研、比较，最后选择了性价比、产品质量和怎么写作等方面占优势的HIVERT型高压变频器作为皮带运输机的控制设备。

3 使用情况

考虑到海拔较高，夏季温度高等因素，变频器选型时留有余量。选用的HIVERT-Y06/061型变频器，额定电压为6 kV，额定电流为61A，用来控制400kW 皮带电机。变频器配有自动旁路柜，以便出现故障时自动旁路到电网工频运行，保证生产连续不间断，旁路运行后可方便地切断变频器输入、输出侧隔离开关和真空断路器，使变频器脱离高压电源，可方便地进行维修。
变频器散热风机散热情况良好。但由于现场煤灰粉尘较多，需要定期清除散热装置上的粉尘，现正在着手解决减少环境粉尘的措施。由于变频器采用多重化脉宽调制技术，串联叠波输出，所以输出波形不失真，接近完美的正弦形，无谐波污染，不须加滤波装置。满足了电力部门对电网谐波含量的控制要求，对周边电气设备及附近的皮带机综合

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保护装置没有干扰。减少了电机噪音和发热，不会引起电机转矩脉动，对电机没有特殊要求。运行功率因数可达0.95以上，效率达96%以上。
HIVERT高压变频器强大的控制功能、简便直观的操作方式、运行稳定可靠的特点以及在新疆焦煤集团气煤井的成功应用，受到新疆焦煤集团的青睐。

4 变频器工作原理及特点

HIVERT变频器是交-直-交电压源型变频器。应用成熟的低压变频技术，先进的单元串联叠波结构，空间矢量控制的正弦波PWM调制方式。每相由5个功率单元串联。高压6 kV电源直接输入到隔离变压器高压侧，变压器二次侧经过降压移相后输出三相690 V电压，分别给各功率单元供电。功率单元经三相全桥整流-直流滤波-单相逆变输出三个环节，然后每相各单元串联，三相Y 接直接输出高压6 kV驱动电机运行。输入侧相当于30脉冲整流，输出侧相当于每相11电平叠波，输入输出均接近于正弦形，谐波含量非常低。每个功率单元还设有单元旁路装置，以便功率单元故障时无扰动旁路故障单元，确保皮带机运行的连续性。

5 HIVERT高压变频器的特点如下

5.1功能强大。HIVERT高压变频器采用先进的工业计算机控制，内置plc。具有完善的保护功能和自诊断功能，如过压保护、缺相保护、过流保护、欠压保护、器件过热保护、瞬时断电保护、电机负载过载保护和过流保护、限流功能、电压自动调节功能等。还具有参数设置，运行记录，故障报警记录功能。通讯功能可实现上位机远程四遥功能，还能满足就地和异地远程控制。

5.2大屏幕液晶显示，中文菜单操作界面，触摸屏操作直观方便。

5.3多种频率给定方式，内置数字PID调节功能。

5.4AC 220 V控制电源双回路热备分。

6 经济效益

6.1 节约电能

皮带机电机平均每天运行16 h左右，日运输煤3500 t。原设计采用直接起动，起动后电机全速运行，而井下煤仓下煤量达不到皮带运输机的运输能力，故皮带上煤量不足，这样很不经济，浪费电能。使用HIVERT高压变频器对拖动电机进行变频调速后，皮带运输机按实际需要功率出力，把变频器输出频率设为39 ～40 Hz，电机转速比工频速度适当降低，就可以使皮带运行速度与井下煤仓下煤量相匹配，同降低了运行电压和电流，减小电能消耗。据矿井统计，变频调速运行比直接工频运行可节约电能10%～15%。

6.2 节省维修费用

原设计采用对电机直接起动，不能调速，起动过程对电网、电机和传动机械设备冲击较大，加剧了机械设备的磨损，缩短了设备使用寿命，同时也缩短了设备维修周期，增加了停产检修次数。直接起动也造成控制设备如真空接触器、开关等的频繁更换，这都增加了维修费用，停产检修也造成煤炭产量的损失。

6.3 有效减少人力资源

采用HIVERT高压变频器运行稳定可靠，除正常清洁维护，没有大量的维修工作，故不必配备许多设备维修人员。HIVERT变频器操作简单方便，每班只需1人值班操作即可，节约了人力资源，相应也提高了生产效率。

6.4 占地空间小

由于HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高-高方式，结构紧凑、体积小。不像高-低-高变频装置输入、输出端都有变压器，体积庞大。据调研，HIVERT变频器在国内串联型高压变频器中体积最小，因而HIVERT变频器占用空间小，可有效利用有限的土地资源。

6 结束语

HIVERT型高压变频器在斜井皮带机的成功应用，彻底实现了强力皮带输送机的软起、软停运行方式以及转速和功率平衡双闭环的调节，大大提高了系统的功率因数和系统效率。在煤炭行业的节能改造中，创造了巨大的经济效益和良好的社会效益。
作者简介：
郭文东，男，1972年8月生。1996年7月毕业于北京煤炭干部学院，现任焦煤集团1930煤矿机电专业工程师，主要从事矿井机电技术管理工作。