HIVERT高壓變頻器在新疆焦煤集團皮帶機上的應用
1 概述
隨著國內外現代變頻調速技術的不斷成熟和提高，變頻器由于調速范圍寬、精度高，調速平滑、穩(wěn)定可靠、電機調速特性硬，節(jié)能效果顯著等特點，逐漸取代傳統(tǒng)的直流調速及液力耦合、液阻和電磁等調速設備，廣泛應用于冶金、石油、化工、水泥、礦山等領域。
2 工作環(huán)境和工況
新疆焦煤集團礦區(qū)地處山區(qū)，礦區(qū)海拔高度2000~2200m，夏季最高溫度41℃，冬季最低溫度-30℃。礦區(qū)有三個年產120萬t的井口。新疆焦煤集團氣煤斜井采用斜井皮帶運輸機由井下向地面運煤，日產煤約3500t，皮帶長650m，皮帶傾斜角19°~24°，皮帶拖動電機功率400kW，由6kV雙電源供電，額定電流38.49A。這些工況要求電機起動控制設備在高海拔地區(qū)能穩(wěn)定可靠運行，同時要有較強的過載能力，能適應較大范圍的電壓波動。
皮帶電機原設計為直接起動，后來考慮電機直接起動對電網和傳動機械設備沖擊大，且運行時始終處于全速運行狀態(tài)，不利于節(jié)能降耗。經過對國內外各種高壓變頻器慎重調研、比較，最后以招標方式選擇了性價比、產品質量和服務等方面占優(yōu)勢的北京合康億盛科技有限公司的HIVERT高壓變頻器作為皮帶運輸機的控制設備。
3 使用情況
考慮到海拔較高，夏季溫度高等因素，變頻器選型時留有余量。新疆焦煤集團選用合康公司變頻器HIVERT-Y06/061的額定電壓為6kV，額定電流為61A，用來控制400kW皮帶電機。變頻器配有自動旁路柜，以便出現故障時自動旁路到電網工頻運行，保證生產連續(xù)不間斷，旁路運行后可方便地切斷變頻器輸入、輸出側隔離開關和真空斷路器，使變頻器脫離高壓電源，可方便地進行維修。變頻器于2006年4月調試完畢投入使用至今，沒有發(fā)生故障停機，運行狀態(tài)良好。
變頻器散熱風機散熱情況良好。但由于現場煤灰粉塵較多，需要定期清除散熱裝置上的粉塵，現正在著手解決減少環(huán)境粉塵的措施。由于變頻器采用多重化脈寬調制技術，串聯(lián)疊波輸出，所以輸出波形不失真，接近完美的正弦波波形，無諧波污染，不須加濾波裝置。滿足了電力部門對電網諧波含量的控制要求，對周邊電氣設備及附近的皮帶機綜合保護裝置沒有干擾。減少了電機噪音和發(fā)熱，不會引起電機轉矩脈動，對電機沒有特殊要求。運行功率因數可達0.95以上，效率達96%以上。
HIVERT高壓變頻器強大的控制功能、簡便直觀的操作方式、運行穩(wěn)定可靠的特點以及在新疆焦煤集團氣煤井的成功應用，受到新疆焦煤集團的青睞。
2006年7月2130礦井擴建時，焦煤集團又選用了一套HIVERT-Y06/077（800kV·A）高壓變頻器用于2130礦井皮帶機的控制。氣煤井計劃擴大產量，擬計劃增大皮帶運輸能力，把原有皮帶機改為雙機驅動，于2007年9月氣煤井再次增加了一套HIVERT-Y06/061變頻器。
4 變頻器工作原理及特點
HIVERT變頻器是交－直－交電壓源型變頻器。
應用成熟的低壓變頻技術，先進的單元串聯(lián)疊波結構，空間矢量控制的正弦波PWM調制方式。每相由5個功率單元串聯(lián)。高壓6kV電源直接輸入到隔離變壓器高壓側，變壓器二次側經過降壓移相后輸出三相690V電壓，分別給各功率單元供電。功率單元經三相全橋整流－直流濾波－單相逆變輸出三個環(huán)節(jié)，然后每相各單元串聯(lián)，三相Y接直接輸出高壓6kV驅動電機運行。輸入側相當于30脈沖整流，輸出側相當于每相11電平疊波，輸入輸出均接近于正弦波波形，諧波含量非常低。每個功率單元還設有單元旁路裝置，以便功率單元故障時無擾動旁路故障單元，確保皮帶機運行的連續(xù)性。
HIVERT高壓變頻器的特點如下。
1）功能強大。HIVERT高壓變頻器采用先進的工業(yè)計算機控制，內置PLC。具有完善的保護功能和自診斷功能，如過壓保護、缺相保護、過流保護、欠壓保護、器件過熱保護、瞬時斷電保護、電機負載過載保護和過流保護、限流功能、電壓自動調節(jié)功能等。還具有參數設置，運行記錄，故障報警記錄功能。通訊功能可實現上位機遠程四遙功能，還能滿足就地和異地遠程控制。
2）大屏幕液晶顯示，中文菜單操作界面，觸摸屏操作直觀方便。
3）多種頻率給定方式，內置數字PID調節(jié)功能。
4）AC220V控制電源雙回路熱備分。
5 經濟效益
5.1節(jié)約電能
皮帶機電機平均每天運行16h左右，日運輸煤3500t。原設計采用直接起動，起動后電機全速運行，而井下煤倉下煤量達不到皮帶運輸機的運輸能力，故皮帶上煤量不足，這樣很不經濟，浪費電能。使用HIVERT高壓變頻器對拖動電機進行變頻調速后，皮帶運輸機按實際需要功率出力，把變頻器輸出頻率設為39~40Hz，電機轉速比工頻速度適當降低，就可以使皮帶運行速度與井下煤倉下煤量相匹配，同降低了運行電壓和電流，減小電能消耗。據礦井統(tǒng)計，變頻調速運行比直接工頻運行可節(jié)約電能10％～15％。
5.2節(jié)省維修費用
原設計采用對電機直接起動，不能調速，起動過程對電網、電機和傳動機械設備沖擊較大，加劇了機械設備的磨損，縮短了設備使用壽命，同時也縮短了設備維修周期，增加了停產檢修次數。直接起動也造成控制設備如真空接觸器、開關等的頻繁更換，這都增加了維修費用，停產檢修也造成煤炭產量的損失。
而采用HIVERT高壓變頻器后，可以實現皮帶運輸機軟啟動，對電網和機械傳動設備基本無沖擊，大大延長了設備使用壽命。第一臺HIVERT高壓變頻器自2006年4月投運至今近兩年，一直穩(wěn)定運行，除正常清潔維護外，沒有發(fā)生停產檢修故障，這無疑既節(jié)約了維修成本又保證生產不受損失。
5.3有效減少人力資源
采用HIVERT高壓變頻器運行穩(wěn)定可靠，除正常清潔維護，沒有大量的維修工作，故不必配備許多設備維修人員。
HIVERT變頻器操作簡單方便，每班只需1人值班操作即可，節(jié)約了人力資源，相應也提高了生產效率。
5.4占地空間小
由于HIVERT系列高壓變頻器采用交－直－交直接高－高方式，結構緊湊、體積小。不像高－低－高變頻裝置輸入、輸出端都有變壓器，體積龐大。據調研，HIVERT變頻器在國內串聯(lián)型高壓變頻器中體積最小，因而HIVERT變頻器占用空間小，可有效利用有限的土地資源。
由以上分析可以看到，新疆焦煤集團氣煤井斜井皮帶運輸機使用HIVERT高壓變頻調速裝置，具有十分可觀的直接經濟效益和間接的經濟效益。
6 結語
使用北京合康億盛科技有限公司的HIVERT高壓變頻器，從變頻器產品的選型，產品的定制，產品運輸，現場安裝，設備調試，人員培訓，備品備件的提供，現場及遠程的技術支持均得到了全面保障。其在新疆焦煤集團氣煤斜井皮帶機的成功應用和優(yōu)良表現，得到了焦煤集團的認可。
隨著國內外現代變頻調速技術的不斷成熟和提高，變頻器由于調速范圍寬、精度高，調速平滑、穩(wěn)定可靠、電機調速特性硬，節(jié)能效果顯著等特點，逐漸取代傳統(tǒng)的直流調速及液力耦合、液阻和電磁等調速設備，廣泛應用于冶金、石油、化工、水泥、礦山等領域。
2 工作環(huán)境和工況
新疆焦煤集團礦區(qū)地處山區(qū)，礦區(qū)海拔高度2000~2200m，夏季最高溫度41℃，冬季最低溫度-30℃。礦區(qū)有三個年產120萬t的井口。新疆焦煤集團氣煤斜井采用斜井皮帶運輸機由井下向地面運煤，日產煤約3500t，皮帶長650m，皮帶傾斜角19°~24°，皮帶拖動電機功率400kW，由6kV雙電源供電，額定電流38.49A。這些工況要求電機起動控制設備在高海拔地區(qū)能穩(wěn)定可靠運行，同時要有較強的過載能力，能適應較大范圍的電壓波動。
皮帶電機原設計為直接起動，后來考慮電機直接起動對電網和傳動機械設備沖擊大，且運行時始終處于全速運行狀態(tài)，不利于節(jié)能降耗。經過對國內外各種高壓變頻器慎重調研、比較，最后以招標方式選擇了性價比、產品質量和服務等方面占優(yōu)勢的北京合康億盛科技有限公司的HIVERT高壓變頻器作為皮帶運輸機的控制設備。
3 使用情況
考慮到海拔較高，夏季溫度高等因素，變頻器選型時留有余量。新疆焦煤集團選用合康公司變頻器HIVERT-Y06/061的額定電壓為6kV，額定電流為61A，用來控制400kW皮帶電機。變頻器配有自動旁路柜，以便出現故障時自動旁路到電網工頻運行，保證生產連續(xù)不間斷，旁路運行后可方便地切斷變頻器輸入、輸出側隔離開關和真空斷路器，使變頻器脫離高壓電源，可方便地進行維修。變頻器于2006年4月調試完畢投入使用至今，沒有發(fā)生故障停機，運行狀態(tài)良好。
變頻器散熱風機散熱情況良好。但由于現場煤灰粉塵較多，需要定期清除散熱裝置上的粉塵，現正在著手解決減少環(huán)境粉塵的措施。由于變頻器采用多重化脈寬調制技術，串聯(lián)疊波輸出，所以輸出波形不失真，接近完美的正弦波波形，無諧波污染，不須加濾波裝置。滿足了電力部門對電網諧波含量的控制要求，對周邊電氣設備及附近的皮帶機綜合保護裝置沒有干擾。減少了電機噪音和發(fā)熱，不會引起電機轉矩脈動，對電機沒有特殊要求。運行功率因數可達0.95以上，效率達96%以上。
HIVERT高壓變頻器強大的控制功能、簡便直觀的操作方式、運行穩(wěn)定可靠的特點以及在新疆焦煤集團氣煤井的成功應用，受到新疆焦煤集團的青睞。
2006年7月2130礦井擴建時，焦煤集團又選用了一套HIVERT-Y06/077（800kV·A）高壓變頻器用于2130礦井皮帶機的控制。氣煤井計劃擴大產量，擬計劃增大皮帶運輸能力，把原有皮帶機改為雙機驅動，于2007年9月氣煤井再次增加了一套HIVERT-Y06/061變頻器。
4 變頻器工作原理及特點
HIVERT變頻器是交－直－交電壓源型變頻器。
應用成熟的低壓變頻技術，先進的單元串聯(lián)疊波結構，空間矢量控制的正弦波PWM調制方式。每相由5個功率單元串聯(lián)。高壓6kV電源直接輸入到隔離變壓器高壓側，變壓器二次側經過降壓移相后輸出三相690V電壓，分別給各功率單元供電。功率單元經三相全橋整流－直流濾波－單相逆變輸出三個環(huán)節(jié)，然后每相各單元串聯(lián)，三相Y接直接輸出高壓6kV驅動電機運行。輸入側相當于30脈沖整流，輸出側相當于每相11電平疊波，輸入輸出均接近于正弦波波形，諧波含量非常低。每個功率單元還設有單元旁路裝置，以便功率單元故障時無擾動旁路故障單元，確保皮帶機運行的連續(xù)性。
HIVERT高壓變頻器的特點如下。
1）功能強大。HIVERT高壓變頻器采用先進的工業(yè)計算機控制，內置PLC。具有完善的保護功能和自診斷功能，如過壓保護、缺相保護、過流保護、欠壓保護、器件過熱保護、瞬時斷電保護、電機負載過載保護和過流保護、限流功能、電壓自動調節(jié)功能等。還具有參數設置，運行記錄，故障報警記錄功能。通訊功能可實現上位機遠程四遙功能，還能滿足就地和異地遠程控制。
2）大屏幕液晶顯示，中文菜單操作界面，觸摸屏操作直觀方便。
3）多種頻率給定方式，內置數字PID調節(jié)功能。
4）AC220V控制電源雙回路熱備分。
5 經濟效益
5.1節(jié)約電能
皮帶機電機平均每天運行16h左右，日運輸煤3500t。原設計采用直接起動，起動后電機全速運行，而井下煤倉下煤量達不到皮帶運輸機的運輸能力，故皮帶上煤量不足，這樣很不經濟，浪費電能。使用HIVERT高壓變頻器對拖動電機進行變頻調速后，皮帶運輸機按實際需要功率出力，把變頻器輸出頻率設為39~40Hz，電機轉速比工頻速度適當降低，就可以使皮帶運行速度與井下煤倉下煤量相匹配，同降低了運行電壓和電流，減小電能消耗。據礦井統(tǒng)計，變頻調速運行比直接工頻運行可節(jié)約電能10％～15％。
5.2節(jié)省維修費用
原設計采用對電機直接起動，不能調速，起動過程對電網、電機和傳動機械設備沖擊較大，加劇了機械設備的磨損，縮短了設備使用壽命，同時也縮短了設備維修周期，增加了停產檢修次數。直接起動也造成控制設備如真空接觸器、開關等的頻繁更換，這都增加了維修費用，停產檢修也造成煤炭產量的損失。
而采用HIVERT高壓變頻器后，可以實現皮帶運輸機軟啟動，對電網和機械傳動設備基本無沖擊，大大延長了設備使用壽命。第一臺HIVERT高壓變頻器自2006年4月投運至今近兩年，一直穩(wěn)定運行，除正常清潔維護外，沒有發(fā)生停產檢修故障，這無疑既節(jié)約了維修成本又保證生產不受損失。
5.3有效減少人力資源
采用HIVERT高壓變頻器運行穩(wěn)定可靠，除正常清潔維護，沒有大量的維修工作，故不必配備許多設備維修人員。
HIVERT變頻器操作簡單方便，每班只需1人值班操作即可，節(jié)約了人力資源，相應也提高了生產效率。
5.4占地空間小
由于HIVERT系列高壓變頻器采用交－直－交直接高－高方式，結構緊湊、體積小。不像高－低－高變頻裝置輸入、輸出端都有變壓器，體積龐大。據調研，HIVERT變頻器在國內串聯(lián)型高壓變頻器中體積最小，因而HIVERT變頻器占用空間小，可有效利用有限的土地資源。
由以上分析可以看到，新疆焦煤集團氣煤井斜井皮帶運輸機使用HIVERT高壓變頻調速裝置，具有十分可觀的直接經濟效益和間接的經濟效益。
6 結語
使用北京合康億盛科技有限公司的HIVERT高壓變頻器，從變頻器產品的選型，產品的定制，產品運輸，現場安裝，設備調試，人員培訓，備品備件的提供，現場及遠程的技術支持均得到了全面保障。其在新疆焦煤集團氣煤斜井皮帶機的成功應用和優(yōu)良表現，得到了焦煤集團的認可。
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