软启动在龙潭煤矿带式输送机上的应用

摘要：带式输送机运量大、效率高、维护量小和便于自动控制等优势越来越受到煤矿青睐，已成为现代化矿井井下运输系统的重要标志之一。文章以福建煤电股份有限公司龙潭煤矿带式输送机为背景，对带式输送机软启动技术的应用进行探索。

关键词：带式输送机；软启动；变频器

中图分类号：TH222 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）10-0087-02

福建煤电股份有限公司龙潭煤矿是福建能源集团公司的一对主要骨干矿井，该矿计划投入一条主斜井带式输送机，该输送机设计从斜井巷道中将原煤从+50水平向上斜16度提升至+416水平，全长1500米，其中+416处有一变坡点，该带式输送机设计使用两台200kw电机双驱动。200kw电机启动时对设备和电网的冲击较大，由于大转动惯量机械设备以及负载启动设备在启动时都会产生很大的启动电流，此时电动机中通过的电流往往相当于额定电流的4-7倍，很可能引发设备故障和安全事故。输送带是弹性储能材料，在输送机停止和运行时都储存有大量势能，这种势能的存在危害极大，它将会增加设备的设计强度、刚度要求，增加设备不必要的投入，造成很大的附加成本；减少皮带和其它配件的使用寿命；从长远来看，还将增加设备维修频次，减少皮带有效运行时间。运用变频器的软启动功能，将电机的软启动和皮带机的软启动合二为一，通过电机的慢速启动，带动输送机缓慢运行，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使输送机在启动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害。

1 方案的选择确定

1.1 方案设计要求

以龙潭煤矿的实际情况，综合各方面的因素和要求，方案需考虑以下几个问题：（1）启动电流不能过大，对电网无大的冲击；（2）因为紧急停车，输送机能够满载启动；（3）启动后，双电机带动传动滚筒能够实现同步；（4）带速可调整；（5）初期投资和后期维护综合考虑，费用最少，性价比最高。

1.2 方案选择

根据方案设计要求，对液体粘性软启动、液力偶合器软启动、变频器软启动等方案原理、优缺点的比较分析。

液体粘性软启动基于牛顿内摩擦定律，以液体粘性和油膜剪切力来传递动力。其优势在于缩短电动机启动电流对电网的冲击时间；启动时的初张力与正常运行时的初张力几乎相等，较液力偶合器至少可降低一级带强，减少设备初次投资；没有启动冲击，延长了输送机减速器、传动滚筒、机架等主要部件的使用寿命，减少了维护费用。缺点是在皮带机电机高速运转下，油液紊流容易发热；内部压力偏大，容易泄露。

液力偶合器软启动基于欧拉方程，以液体动量矩的变化来传递动力。其优势在于能使电机空载启动，减少启动时间，降低起动过程中的平均电流；多机驱动时能均衡负荷，减少启动电流的峰值和对电网的冲击电流，降低电网容量；能吸收和隔离扭振及冲击，延长机器的使用寿命；能实行无级调速，有一定的节电效果，可减少电气设备，降低运行费用。缺点：一是采用液力偶合器时，电机必须先空载起动，最初的电流很大，为电机额定电流的4～7倍，还将引起电网电压下降；二是启动时影响到电网内其它设备的正常运行；三是液力偶合器长时工作时，引起液体温度升高，熔化合金塞，引起漏液；四是皮带机的加载时间较短，容易引起皮带张力变化，对皮带带强要求较高。

变频器软启动装置是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。其优势：一是实现皮带机多电机驱动时的功率平衡，采用一拖一控制，当多电机驱动时，采用主从控制；二是实现功率平衡；三是将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一；四是因为变频器是一种电子器件的集成，大大降低设备维护量；五是比液力偶合器驱动的效率要高5%～10%。缺点是变频器软启动初期投资费用比前二种略高些。

2 带式运输机软启动的应用

2.1 设定原始参数

输送机设计输送能力121t/h，B=800，带速V=2m/s，倾斜角为16°，传动滚筒2个，考虑单电机驱动能够运行，设计使用两台200kw电机双驱动，输送带采用ST-2000。变频器使用环境良好，周围介质温度不高于+40℃，不低于0℃；空气相对湿度不超过95%；无爆炸危险，且不足以腐蚀金属、无破坏绝缘的气体与尘埃；电压幅值波动不超过±10%。

2.2 变频器主从控制设计

变频器的主从控制设计如图2所示，实现传动滚筒的同步运行。完全独立的两台变频器通过主、从机的同步通讯方式保证双电机的转速、以及功率平衡的：两台电机中任意一台都可作为主机，另一台为从机。变频器对电机的转矩进行独立控制，采用光纤对主从变频器通讯，变频器主从之间可以自动来调整变频器输出转速及功率一致；变频器自带电机的保护：缺相保护、相序保护、启动过流保护、运行过载保护及电机长时间不能启动保护等有效保护电机的正常运行；软启动器面板上设有可调控制参数：软启动时间、启动初始电压、启动电流限制、软停时间、软停级落电压（泵停止功能）、脉动突跳启动（针对突变负载）功能，实际运行可根据工程中设备电机具体情况结合软启动器说明设定或选用。

2.3 变频器的选择

变频器的选择需考虑电机电流和容量的不同情况考虑以下几方面因素：

（1）在连续运行的场合应按变频器的额定输出电流≥（0.5～1.1）电动机的额定电流，即：I变额≥（0.5～1.1）I电额。

（2）加减速时变频器容量的选定：一般情况下对于短时间的加减速而言变频器允许达到额定输出电流130%～150%。

（3）大惯性负载起动时变频器容量的计算：通过变频器过载容量通常多为125%、60S或150%、60S。

（4）频繁加减速运转时变频器容量的选定：根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值，考虑安全系数，综合评定。

根据以上对电流，容量的综合考虑，变频器选择250kW/660V变频器。为实现变频器自动主从控制，控制部分选用三菱公司的FX2N系列可编程控制器，实现系统控制的智能化。调速系统采用变频调速装置作为驱动电动机的核心，具有压频控制、矢量控制等多种控制方式，可以设定多种启停运行曲线，满足各种输送机对调速系统的要求。

3 结语

随着电气自动控制化程度的提升，煤矿使用带式输送机将向长运距，大输送量，快带速，智能化等方面发展，带式输送机已成为煤矿高效开采的关键设备。软启动也将随着发展得到更多的应用，如果选型不合理，也会造成巨大的损失。

参考文献

[1] 张世全.软启动的原理及应用.机电技术2004，（2）.

[2] 聂闯.软启动技术原理及应用.红水河2007，（2）.

作者简介：黄文庆（1966—），男，福建煤电股份有限公司机电管理部经理，机电工程师，研究方向：矿山机电。endprint