一、引言

開元煤礦隸屬于陽煤集團，年產(chǎn)煤量300萬噸，目前共有3個采煤面，其中9711工作面首次采用3300V自動化綜合采煤系統(tǒng)，日產(chǎn)煤量3200噸左右（約普通1140V采煤面2倍）。開元煤礦綜采工作面走向長度約為5千米，如果刮板機維護不到位，造成刮板機鏈條拉伸，在生產(chǎn)過程中鏈條很容易過負荷拉斷，影響安全生產(chǎn)，在選擇使用成套智能控制系統(tǒng)，采用3300V三電平變頻技術在綜采工作面大功率裝機輸送設備上的使用，很大程度上減少了刮板機運行中的故障，提高了工作面生產(chǎn)設備的有效開機率，確保了安全高效生產(chǎn)。

圖1 陽煤集團開元煤礦

陽煤集團開元煤礦9711工作面刮板機配置兩臺3300V/700kW異步電動機，機頭機尾各一臺，選用深圳市英威騰電氣股份有限公司研發(fā)生產(chǎn)的GD3000 3300V系列三電平組合變頻調(diào)速系統(tǒng)，產(chǎn)品型號為GD3000-01-3*1250G-33，采用一主一從一備用的功率平衡控制方式，高性能的三電平變頻系統(tǒng)解決了刮板機重載啟動困難，電動機易燒毀、斷鏈斷齒等問題，GD3000 3300V產(chǎn)品可實現(xiàn)大轉矩啟動且啟停平穩(wěn)，能夠滿足交流電機在任意負荷狀況下啟停車，從根本上解決這一問題，同時增加了設備的使用壽命。

二、現(xiàn)場設備及運行工況分析

2.1 現(xiàn)場設備參數(shù)（見表1）

2.2 現(xiàn)場設備工況

表1 現(xiàn)場設備參數(shù)表

圖2 3300V3*1250kW防爆變頻器現(xiàn)場圖片

3300V3*1250kW防爆變頻器如圖2所示，其中前運刮板機（俗稱工作溜）采用兩臺3300V異步電動機主從驅動，為保證輸出功率平衡，一般將從機作為機頭，主機作為機尾。防爆變頻器內(nèi)三臺3300V/1250kW變頻器，兩臺做主從控制，另外一臺待機做備用，現(xiàn)場三臺變頻器位于同一防爆殼內(nèi)，放置于某一廢棄巷道內(nèi)距離工作溜電機約1500m?，F(xiàn)場通風較好，環(huán)境溫度大約3~5度，防爆殼內(nèi)較為干燥，防爆殼外空氣中煤粉含量較多。

2.3 現(xiàn)場存在問題

在綜采面工作的過程中，采煤機截割的煤量是不均勻的，這會造成刮板運輸過程負載大小的不斷變化，進而也會造成電機功率不平衡，刮板機運行不穩(wěn)，鏈條被拉斷等問題。采用3300V變頻器主從控制模式可以在運輸過程中根據(jù)負載的變頻實時進行輸出調(diào)節(jié)，保證兩臺電機功率平衡，從而達到重載啟動和平穩(wěn)運行的效果。

三、變頻器配置方案

3.1 主從控制方案

3300V自動化綜合采煤系統(tǒng)示意圖如圖3所示，其中前運刮板機（俗稱工作溜）采用兩臺3300V異步電動機主從驅動，為保證輸出功率平衡，一般將從機作為機頭，主機作為機尾?，F(xiàn)場工作溜電機采用兩臺英威騰3300V三電平變頻器分別控制機頭和機尾電機，另一臺待機用作備用。

圖3 自動化綜合采煤系統(tǒng)示意圖

圖4 GD3000 3300V主回路拓撲圖

主從之間采用CAN總線通訊方式，當主機變頻器收到本地或遠程的控制信號后，會根據(jù)主機的狀態(tài)將開停機的命令發(fā)送給從機。即從機變頻器啟停受主機控制。當主機執(zhí)行啟停命令后，會根據(jù)預先設置好的頻率加速時間和減速時間進行升頻或降頻，并將主變頻器運行頻率和有功電流作為基準頻率和基準電流發(fā)送給從機變頻器。從機收到主機發(fā)來的頻率和電流信號后，將自身運行頻率調(diào)整到基準頻率，同時比較檢測自身的有功電流，若自身的電流小則升頻，大則進行降頻。刮板機是恒轉矩系統(tǒng)，其中一臺變頻器輸出的頻率增加或減小，會導致其輸出的電流增加或減小，電流的增加或減小又影響了所驅動電機轉矩的增加或減小，從而使其他的電動機輸出轉矩減小或增加。功率平衡的最終目標就是通過調(diào)整使從機和主機的有功電流一致，從而保證各個驅動電機的輸出轉矩相同、功率相同。

主機還能接收從機的反饋信號，以判斷從機的通訊和運行狀況。若主從機任意一臺發(fā)生故障，主從機都能夠停機，停止輸出，及時保護整個系統(tǒng)。

3.2 GD3000 3300V系列三電平變頻器特性

（1）技術新穎

GD3000 3300V變頻器，整流采用12脈波二極管整流，逆變采用三電平拓撲結構，使用較低耐壓的功率器件，直接應用于更高電壓等級的主回路拓撲技術，可避免器件串聯(lián)引起的動態(tài)均壓問題，同時降低輸出諧波和du/dt；可用來控制交流異步感應電機和永磁同步電機，可以滿足不同電機的工作模式。產(chǎn)品采用優(yōu)異的矢量控制技術，功能更優(yōu)化，應用更靈活，性能更穩(wěn)定。

（2）產(chǎn)品特點

● 三電平拓撲結構，性能優(yōu)異，應用靈活；

● 高速雙核心處理器，運算快，控制精準；

● 集同步、異步驅動控制于一體，兼容性高；

● 采用主從控制技術，實現(xiàn)多電機功率平衡；

● 采用模塊化設計，實現(xiàn)快速便捷系統(tǒng)成。

3.3 變頻器選型

結合皮帶機現(xiàn)場實際，選型如表2所示。

表2 變頻器選型表

四、客戶現(xiàn)場具體使用效果

4.1 現(xiàn)場使用效果

開元煤礦綜采面刮板機變頻調(diào)速系統(tǒng)于2017年9月20號正式投運成功。

一主一從刮板機驅動系統(tǒng)變頻器運行狀態(tài)圖見圖5和圖6。

圖5 GD3000-01-3*1250G-33現(xiàn)場運行狀態(tài)

圖6 變頻器輸出電壓電流波形

4.2 現(xiàn)場照片（見圖7）

圖7 現(xiàn)場刮板輸送機圖片

4.3 客戶收益

應用英威騰GD3000 3300V系列三電平變頻調(diào)速系統(tǒng)后，真正實現(xiàn)了刮板機的重載啟停和功率平衡。

● 替代ＣＳＴ、TTT、高低速等設備采用直接對輪聯(lián)接，簡化機械系統(tǒng)，提高設備機械效率和可靠性；

● 解決刮板輸送機重載軟啟動，減少機械和電氣沖擊；

● 實現(xiàn)根據(jù)鏈條強度設置最大轉矩保護，減少斷鏈的發(fā)生；

● 實現(xiàn)機頭機尾動態(tài)功率平衡；

● 具備低速檢修模式以及正反轉控制模式，便于刮板機的檢修和卡鏈的處理；

● 可采用普通的單速電動機，相比雙速電機可節(jié)約動力電纜。

4.4 結束語

綜上所述，GD3000 3300V系列三電平變頻器完全滿足刮板機驅動系統(tǒng)負載控制要求，提高了煤礦開采的自動化程度。同時在國家大力提倡節(jié)能減排和自動化生產(chǎn)的環(huán)境中，大力推進變頻器在刮板輸送機、膠帶輸送機電控系統(tǒng)上的應用具有積極的社會意義和現(xiàn)實意義。