李云飛

（山西晉煤集團沁秀煤業(yè)有限公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

1 概述

岳城礦為晉煤集團沁秀公司下屬生產(chǎn)礦井，位于山西省晉城市沁水縣鄭村鎮(zhèn)。2009年投產(chǎn)，生產(chǎn)能力1.5 Mt/a，現(xiàn)主采3#、15#煤層。主斜井為進風斜井，全長1956 m，坡度22°。主井采用帶式輸送機運輸，輸送皮帶全長1826 m，驅(qū)動電機為YBBP 450L1-4型隔爆型三相異步電動機，電壓1140 V，功率560 kW。

2016年對主井帶式輸送機電控系統(tǒng)進行了變頻改造，安裝了兩臺ZJT-630/1140型變頻器。然而改造后，設備頻繁出現(xiàn)阻容吸收裝置燒毀、低壓配電柜空氣開關(guān)弧光短路等現(xiàn)象，嚴重影響了主井皮帶的正常運行。經(jīng)故障檢查和電網(wǎng)諧波檢測，原因為變頻器諧波干擾嚴重，造成電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，引發(fā)設備故障。

我國在諧波抑制方面常用以下三項措施：一是改變變壓器接法來抑制低次諧波注入電網(wǎng)，但對高次諧波效果不明顯；二是在變頻器上加裝平波電抗器或并聯(lián)電容來降低變頻器向電網(wǎng)中釋放的諧波分量，但電流畸變率和諧波含量高；三是在諧波源處加裝濾波裝置，即通過濾波裝置吸收諧波電流，對系統(tǒng)無功功率進行有效補償和自動反饋，從源頭避免諧振危險。其中，加裝濾波裝置對系統(tǒng)整體影響最小，效果最好，已成為改善電能質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)并廣泛應用。

此次主井帶式輸送機供電諧波危害治理改造，定制了三電平拓撲技術(shù)變頻器和根據(jù)岳城煤礦工業(yè)現(xiàn)場設計的電力濾波器，有效消除了諧波電流影響，確保了主井皮帶運轉(zhuǎn)可靠。

2 改造方案

2.1 變頻器主從控制

兩套變頻器的主從控制原理見圖1。

圖1 變頻器主從控制

圖1中，1#變頻器為主機，2#變頻器為從機。由集控系統(tǒng)通過1#變頻器控制皮帶速度，并將輸出電流大小發(fā)送至2#變頻器作為給定值；2#變頻器同時采集當前皮帶的運行速度，并將速度信號轉(zhuǎn)換為電信號作為實測值，通過計算給定值和實測值的偏差大小來對1#變頻器進行負反饋調(diào)整，實現(xiàn)兩機的協(xié)同控制。其外圍接口接線見圖2。

圖2 變頻器外圍接口

2.2 濾波器控制

濾波器工作原理見圖3。

圖3 濾波器工作原理

圖3中在變頻器的前后接入專用濾波器，可以有效避免諧波干擾，對電網(wǎng)無功功率因數(shù)進行補償，同時對電機本身的脈寬調(diào)制輸出電壓進行改良，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電流同頻的正弦波電壓，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的安全可靠。

3 改造過程

3.1 更換變頻器

主井皮帶驅(qū)動電機原采用的ZJT-630/1140變頻器存在如下問題：一是電機容量為560 kW，變頻器容量也為560 kW，沒有冗余；二是變頻器自身產(chǎn)生諧波比較嚴重。

替換原變頻器為2臺國內(nèi)一線品牌深圳英威騰DSDD-G3000系列變頻器，電壓等級1140 V、功率630 kW，滿足了主井皮帶電機控制系統(tǒng)的要求。

3.2 加裝濾波器

除了變頻器本身減少諧波的產(chǎn)生外，選用英威騰OCL395A006512-1的濾波器治理諧波。安裝方法如下：

（1）在變頻器與電源端增加濾波器。能夠從源頭控制諧波干擾，有效抑制浪涌和峰值電流，避免電力線擾亂發(fā)生跳閘，提高實際功率因數(shù)。

（2）在輸出端增加濾波器。考慮到變頻器與電機的電纜距離可能較遠（超過50 m），可在輸出端配置濾波器。作用如下：有效抑制dv/dt、過電壓、電機過熱和渦流損耗引起的電機過早損壞；顯著延長電機壽命；降低變頻器IGBT 脈沖負載以及長電機屏蔽線纜上的計生損耗；降低電機噪音；減少對附近設備的線路干擾傳播。

圖4為加輸入電抗器濾波器與未加濾波器的輸出測試對比，可以看出加入濾波器后，諧波大大的削弱。

3.3 更換配電柜

主皮帶設備都掛接在進線柜上，不能滿足安全設計要求；另外進線柜斷路器和相關(guān)保護裝置老化，對生產(chǎn)帶來重大安全隱患。因此對1140 V低壓柜進行了改造。配電柜依照原配電設計，選用智能斷路器替代原有饋電開關(guān)，對電路諧波做到高效檢測與保護，有效避免諧波對配電柜內(nèi)部器件造成損壞，同時配電柜直接作為變頻器的進線控制柜。

3.4 安裝調(diào)試

主井皮帶停產(chǎn)檢修前，工作人員將變頻器柜、低壓配電柜等設備和工具輔材運輸?shù)街付ㄎ恢茫瑢υO備進行2h的上電調(diào)試。設備正常運行之后，觀察系統(tǒng)運行情況，對治理效果進行監(jiān)測，做好及時有效的反饋。

4 結(jié)語

通過更換變頻器、加裝濾波器等措施，有效降低了諧波對主井帶式輸送機電網(wǎng)和控制系統(tǒng)的干擾，杜絕了阻容吸收過電壓造成的爆裂事故。按每月發(fā)生1次停車事故，每次停車事故恢復時間1h；每天8 h產(chǎn)煤量為4100 t ，每h運煤513 t；市場煤炭450元/t計算，可挽回停車事故造成的損失277.02萬元。

圖4 增加濾波器前后效果對比