喬中棟,張存文,楊國宏,田順利

(甘肅華亭煤電股份有限公司華亭煤礦， 甘肅 平涼 744000)

0 引言

刮板輸送機是綜采工作面(以下簡稱采面)主要的機械化設備之一。近年來，隨著高壓變頻器技術的發(fā)展，其被越來越多地用于驅動刮板輸送機上的電動機，以取代傳統(tǒng)的CST、組合開關、液力耦合器等。受煤層開采環(huán)境限制，高壓變頻器無法放置在狹小的采面內，通常采用高壓變頻器放置在采面附近順槽內的供電方式。但該方式存在很多問題，正逐步被高壓變頻器遠距離供電方式所取代[1-4]。

1 高壓變頻器放置在采面附近順槽內的供電方式存在的問題

高壓變頻器放置在采面附近順槽內的供電方式，即將高壓變頻器及配套設備放置在距離采面附近的順槽內的可移動設備列車上，再通過電纜連接刮板輸送機上的電動機。該方式主要存在如下問題：

1) 采面附近不安全。采面附近是煤礦事故多發(fā)帶,具有瓦斯突出，煤塵爆炸、片幫、冒頂、礦壓顯現(xiàn)等多種不安全因素。華亭煤礦2501采面順槽內礦壓顯現(xiàn)頻繁，沖擊破壞性較大，嚴重威脅設備及人員的安全。

2) 影響生產效率，增加安全隱患。高壓變頻器放置在采面附近順槽內，需要使用可移動設備列車來進行承載。一方面，可移動設備列車需要頻繁移動，在移動過程中不能進行煤礦開采，降低了生產效率；另一方面，移動設備列車操作復雜，存在安全隱患。如果巷道變形，無法通過設備列車,還需人工重新擴大巷道，耗費大量人力和物力。

3) 占用巷道空間，影響通風。高壓變頻器放置在采面附近順槽內會占用大量巷道空間，嚴重影響工作面的通風安全。同時,還會產生工作面大型設備部件運輸受阻、巷道行人不暢等問題。

2 高壓變頻器遠距離供電方式在華亭煤礦的應用情況

2.1 現(xiàn)場設備配置

華亭煤礦2501采面為了解決高壓變頻器放置在采面附近順槽內的供電方式存在的問題，采用了高壓變頻器遠距離供電的方式。該方式取消了設備列車，將高壓變頻器及配套設備放置在遠離采面的固定硐室，再通過2 500 m長的電纜連接刮板輸送機電動機。詳細配置見表1。

表1 遠距離供電方式現(xiàn)場設備配置

2.2 高壓變頻器遠距離供電過程中遇到的問題及解決辦法

2.2.1 長線纜上的壓降損失問題

圖1 提高輸出電壓算法原理圖

2.2.2 變頻器輸出電流的諧波問題

由于變頻器和電機之間的長電纜存在很大的對地分布電容，導致高壓變頻器輸出電流含有很大的諧波，必須用輸出電抗器來進行抑制。但高壓變頻器所用舊型電抗器無法滿足要求，究其原因：一是舊型電抗器的鐵心為普通硅鋼片，在高諧波電流作用下容易磁飽和而失去諧波抑制作用;二是舊型電抗器的電感量選擇不合適，它是根據變頻器滿載電流來選擇的，但實際電流只有滿載電流的一半。

為了有效抑制電流諧波，高壓變頻器更換了新型電抗器來代替舊型電抗器。為了解決鐵心磁飽和問題，新型電抗器鐵心所用的硅鋼片采用了進口高飽和磁通密度0.25 mm有曲向硅鋼片,以代替舊型電抗器0.35 mm無曲向硅鋼片(見圖2、圖3),并且新型電抗器的電感量也根據實際電動機電流來重新選擇。

1-0.35 mm無曲向硅鋼片;2-線圈;3-氣隙。

采用新型電抗器后，相比于舊型電抗器，高壓變頻器輸出電流波形明顯改善(見圖4和圖5),電流諧波也得到了有效抑制，THD從42%降到21%。鐵心發(fā)熱也明顯降低，最高溫度從120 ℃降到60 ℃。電流諧波抑制效果明顯，滿足了使用要求。

2.2.3 電動機端高尖峰電壓問題

由于變頻器輸出電壓脈沖具有很高的du/dt，再加上輸出電纜和電動機阻抗不匹配,這會導致電動機端產生高的尖峰過電壓。試驗證明，隨著電纜長度的增加，電動機端尖峰過電壓將增大，當超過某一長度時，其尖峰電壓近似額定電壓的2倍。如果電動機絕緣不夠，就會導致電動機匝間絕緣擊穿而損壞。為解決這一問題，高壓變頻器在逆變側采用中點鉗位式三電平拓撲結構(見圖6)。該結構相比于傳統(tǒng)兩電平拓撲結構，能夠有效減少諧波和du/dt。同時,在變頻器內部的輸出電抗器電感兩端并接電阻來吸收尖峰電壓。實測并電阻后，電動機端尖峰電壓從8 000 V降低到5 760 V。

1-0.25 mm有曲向硅鋼片。

圖4 舊型電抗器時電流實測波形

圖5 新型電抗器時電流實測波形

1-IGBT;2-鉗位二極管;3-電阻;4-輸出電抗器;5-長電纜;6-電動機。

3 結語

高壓變頻器遠距離供電方式在華亭礦2501采面的成功應用,不但克服了高壓變頻器遠距離供電存在的難題,而且提高了煤礦生產效率，降低了維護成本,消除了以往方式存在的各種不安全因素,這為高壓變頻器遠距離供電方式在全國煤領域推廣起了帶頭作用。