合康变频器在新疆焦煤集团皮带机上的应用

一、概述
    随着现代国内外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偶合、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。北京合康亿盛HIVERT高压变频器因其先进的控制技术、强大控制功能、安全可靠等独特鲜明的特性在国内高压变频行业中处于领先地位。新疆焦煤集团通过招标选中HIVERT变频器应用于煤矿斜井皮带运输机的控制中，通过近两年的运行使用，运行安全稳定可靠，产生了较好的经济效益。
 
二、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2000～2200m，夏季最高环境温度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3500t，皮带长650m，皮带倾斜角19°～24°，皮带拖动电机400kW，6kV双电源供电。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。
    原设计皮带电机为直接起动，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，不利于节约能耗。经过对国内外各种高压变频器慎重调研、比较，最后以招标方式选择了性价比、产品质量和服务等方面占优势的北京合康亿盛科技有限公司的HIVERT高压变频器作为皮带运输机的控制设备。
 
三、使用情况
    考虑到海拔较高，夏季环境温度高等因素，变频器选型时适当留有余量。电机功率400kW，额定电压6kV，额定电流38.49A。新疆焦煤集团选用合康公司变频器HIVERT-Y06/061的额定电压6kV，额定电流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2006年4月调试完毕投入使用至今，没有发生故障停机，运行状态良好。
    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，接近完美的正弦波波形，无谐波污染，不需加滤波装置。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。运行功率因素可达0.95以上，效率达96%以上。
    基于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。2006年7月2130矿井扩建时，焦煤集团又选用了一套HIVERT-Y06/077（800kVA）高压变频器用于2130矿井皮带机的控制。气煤井计划扩大产量，拟计划增大皮带运输能力，把原有皮带机改为双机驱动，于2007年9月气煤井再次增加了一套HIVERT -Y 06/061变频器。
 
四、工作原理
    HIVERT变频器采用交－直－交电压源型。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6kV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690V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，三相星接直接输出高压6kV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波波形，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。
 
五、特点
    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。
    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。
    3、多种频率给定方式，内置数字PID调节功能，
    4、AC220V控制电源双回路热备
 
六、经济效益
1、节约电能
    皮带机电机功率400kW，平均每天运行16h左右，日运输煤碳3500t。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39Hz～40Hz，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，同时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％。
 
2、节省维修费用
    原设计采用电机直接起动，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。而采用HIVERT高压变频器后，可以实现皮带运输机软启动，对电网和机械传动设备基本无冲击，大大延长设备使用寿命。第一台HIVERT高压变频器自2006年4月投运至今近两年，一直稳定运行，除正常清洁维护外，没有发生停产检修故障，这无疑节约了维修成本又保证生产不受损失。
 
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，运行稳定可靠，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。
 
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。
    由此可以看到，新疆焦煤集团气煤井斜井皮带运输机使用HIVERT高压变频调速装置，具有十分可观的直接经济效益和间接的经济效益。
 
七、全面的综合服务能力。
    使用北京合康亿盛科技有限公司的HIVERT高压变频器，从变频器产品的选型，产品的定制，产品运输，现场安装，设备调试，人员培训，备品备件的提供，现场及远程的技术支持均得到了全面保障。优良的服务，保证了皮带机变频控制设备安全可靠运行了近两年没有发生故障而造成停产，使生产任务顺利进行。
 
八、结束语
    北京合康亿盛的HIVERT系列高压变频器以其在新疆焦煤集团气煤斜井皮带机的成功应用和优良表现，以及鲜明的特性、强大的功能，先进的技术、安全可靠的运行记录，得到焦煤集团的认可。