產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
再創(chuàng)標(biāo)桿業(yè)績 | 新風(fēng)光高壓防爆變頻器成功應(yīng)用于大功率永磁直驅(qū)皮帶機(jī)
應(yīng)煤礦智能化建設(shè)需求，井下主運(yùn)輸皮帶機(jī)、刮板機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等高壓大功率設(shè)備的智能驅(qū)動(dòng)控制尤為重要。以井下主運(yùn)皮帶輸送機(jī)為例，作為煤炭運(yùn)輸?shù)暮诵脑O(shè)備，其具有容量大、負(fù)載重、長期連續(xù)運(yùn)行的特點(diǎn)。現(xiàn)有液力耦合器雖能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)速，但存在滑差損耗大、整體效率低、調(diào)速性能依賴液力傳動(dòng)油質(zhì)量、日常維護(hù)工作量大等問題。變頻調(diào)速技術(shù)憑借調(diào)速范圍寬、精度高、響應(yīng)速度快、可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)有調(diào)速系統(tǒng)中占據(jù)重要地位——目前已有部分煤礦井下運(yùn)輸機(jī)采用該技術(shù)，其特有的主從控制功能和大起動(dòng)力矩特性有效保障了運(yùn)輸機(jī)的穩(wěn)定高效運(yùn)行。實(shí)踐表明，采用高壓防爆變頻器替代液力耦合器進(jìn)行調(diào)速控制，能提供更完善的系統(tǒng)解決方案。高壓防爆變頻器具備速度可調(diào)、小電流高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、負(fù)荷分配功能及完善保護(hù)等特性，結(jié)合皮帶機(jī)負(fù)載特性，其在煤礦皮帶機(jī)上的應(yīng)用已成為必然趨勢(shì)。
營盤壕煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市烏審旗嘎魯圖鎮(zhèn)，核定生產(chǎn)能力為1200萬噸/年。其北翼主運(yùn)皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)采用新風(fēng)光高壓防爆變頻器（型號(hào)BPBJV2-1250/10），該設(shè)備輸入/輸出電壓均為10kV，額定功率1250kW，基于級(jí)聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每相配置8個(gè)功率單元。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用機(jī)頭4臺(tái)電機(jī)與機(jī)尾2臺(tái)電機(jī)協(xié)同驅(qū)動(dòng)方案，其中皮帶機(jī)搭載的礦用隔爆型永磁同步變頻電機(jī)型號(hào)為TBVF-900YC，電壓10kV額定功率900kW，額定轉(zhuǎn)速60r/min，整套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用主從控制架構(gòu)，通過光纖通訊實(shí)現(xiàn)六臺(tái)變頻器的精準(zhǔn)協(xié)同，確保運(yùn)輸系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。
皮帶機(jī)系統(tǒng)框圖
高壓防爆變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
10kV電網(wǎng)電壓通過移相變壓器實(shí)現(xiàn)三重功能：首先將輸入高壓降壓至三相690V獨(dú)立電源，為功率單元提供隔離供電；其次通過延邊三角形接線方式對(duì)單元輸入電壓進(jìn)行相位偏移，形成多脈沖整流結(jié)構(gòu)，有效降低電網(wǎng)諧波畸變率；最后該結(jié)構(gòu)為功率單元級(jí)聯(lián)提供了電氣隔離的獨(dú)立電源。單元級(jí)聯(lián)采用載波移相技術(shù)，通過相鄰單元載波相位差補(bǔ)償，使輸出電壓趨近正弦波。
控制系統(tǒng)以高速DSP為核心處理器，采用全數(shù)字化矢量控制算法，主控單元與功率模塊間通過光纖通訊實(shí)現(xiàn)指令傳輸與狀態(tài)反饋，可確保系統(tǒng)在爆炸性環(huán)境下的實(shí)時(shí)控制精度與抗干擾能力。
功率單元拓?fù)?/span>
高壓防爆變頻器使用功率單元串聯(lián)疊加技術(shù)，每個(gè)功率單元接收主控機(jī)的正弦調(diào)制波，通過自身的載波移相后產(chǎn)生SPWM輸出波形，各單元輸出電壓波形相互疊加形成正弦波，使變頻器輸出波形基本與工頻電壓正弦波形相近，無需輸出濾波器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)無諧波干擾；由于dv/dt小，對(duì)電機(jī)及電纜絕緣無損傷，適用于普通電機(jī)和電纜，同時(shí)實(shí)現(xiàn)5000m電機(jī)長距離供電，營盤壕煤礦高壓防爆變頻器放置在距離皮帶機(jī)100米橫向巷道內(nèi)。由于對(duì)電網(wǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)幾乎無諧波干擾，特別對(duì)電機(jī)幾乎無諧波干擾，被譽(yù)為“綠色無諧波變頻器”。
主從機(jī)光纖通訊系統(tǒng)框圖
皮帶機(jī)負(fù)載在多機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)容易發(fā)生負(fù)荷分配不均的問題。兩臺(tái)相同型號(hào)電機(jī)由于材料性能和制造工藝差異，往往轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩特性存在差異，從而影響主從機(jī)功率平衡。
為了解決上述問題，本項(xiàng)目采用主從機(jī)高速石英光纖通訊系統(tǒng)，可快速完成數(shù)據(jù)傳輸并保證傳輸數(shù)據(jù)可靠性，除此以外新風(fēng)光高壓防爆變頻器搭載基于矢量控制的轉(zhuǎn)速下垂控制模式，可根據(jù)電機(jī)電流的變化動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)各個(gè)電機(jī)之間負(fù)載平衡的精準(zhǔn)分配。
營盤壕煤礦使用高壓防爆變頻器應(yīng)用效果
1.真正實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)軟啟動(dòng)。變頻器低頻運(yùn)轉(zhuǎn)可輸出2.2倍額定力矩，啟動(dòng)時(shí)間可在1～3600s內(nèi)調(diào)整，滿足皮帶機(jī)重載軟啟動(dòng)工況需求。
2.實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)功率平衡。實(shí)現(xiàn)機(jī)頭4臺(tái)電機(jī)與機(jī)尾2臺(tái)電機(jī)距離5000米同時(shí)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩平衡。各個(gè)電機(jī)之間不平衡率小于2%。
控制箱顯示不同整機(jī)運(yùn)行電流
3.實(shí)現(xiàn)在線投切功能。此6驅(qū)皮帶機(jī)系統(tǒng)按照5臺(tái)設(shè)備投運(yùn)1臺(tái)設(shè)備備用方式執(zhí)行，支持變頻器整機(jī)設(shè)備在線投入功能，當(dāng)5臺(tái)運(yùn)行設(shè)備其中一臺(tái)設(shè)備故障退出，備用變頻器立即投入，保證皮帶機(jī)不停機(jī)，運(yùn)行可靠且更安全。
4.自動(dòng)調(diào)整皮帶機(jī)運(yùn)行速度。配合煤流量傳感器，根據(jù)負(fù)載輕重自動(dòng)調(diào)節(jié)膠帶運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)“煤多快跑、煤少慢跑”，系統(tǒng)運(yùn)輸效率大幅提升。
5.節(jié)能降耗，具有重大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。使用高效率的低速直連永磁同步電機(jī)，去掉減速機(jī)，系統(tǒng)效率和維護(hù)效率大大提升，在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器軟啟動(dòng)降低了系統(tǒng)啟動(dòng)沖擊，根據(jù)煤量調(diào)速降低了皮帶機(jī)系統(tǒng)的高速運(yùn)行時(shí)間，大大減小了電機(jī)、滾筒、托輥和皮帶等機(jī)械系統(tǒng)磨損，延長設(shè)備使用壽命，減輕系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，電機(jī)低速較高速運(yùn)行的電能消耗明顯降低。對(duì)于節(jié)約電能、降低皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械損耗具有重大意義。
當(dāng)前行業(yè)主流的變頻器使用方案為采用移動(dòng)變壓器+變頻器方式供電，不僅占地面積大，而且現(xiàn)場(chǎng)走線連線施工量大；而我公司將移變和變頻器整合一體機(jī)設(shè)計(jì)，具有10kV、6kV變頻器均可選擇，大大節(jié)約占地面積以及現(xiàn)場(chǎng)施工；高壓防爆變頻器采用模塊化設(shè)計(jì)理念，按照需要更新維護(hù)功能模塊，方便產(chǎn)品后期現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。
新風(fēng)光變頻器與其他廠家對(duì)比
除設(shè)備自身具備在線冗余功能外，單臺(tái)變頻器每相支持3個(gè)功率單元冗余。當(dāng)單元發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)旁路故障單元，確保生產(chǎn)過程不受影響。
單元旁路過程
自適應(yīng)各類負(fù)載運(yùn)行，多級(jí)驅(qū)動(dòng)類負(fù)載具有自動(dòng)功率平衡，無需人為干預(yù)，可支持10臺(tái)以下整機(jī)主從控制。
滿足智慧礦山通信接口，支持光纖，網(wǎng)線，無線等多種網(wǎng)絡(luò)接入方式，營盤壕煤礦采用網(wǎng)口通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄蠑?shù)據(jù)監(jiān)控中心；遠(yuǎn)程監(jiān)控故障診斷：可以通過PC或者手機(jī)APP進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)控，故障分析以及器件壽命預(yù)估。
礦山行業(yè)正加速向大型化、智能化方向轉(zhuǎn)型，國家能源局與國家礦山安全監(jiān)察局聯(lián)合發(fā)布的《煤礦智能化建設(shè)指南》明確提出，智能采煤、智能運(yùn)輸?shù)葓?chǎng)景對(duì)高電壓大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)提出迫切需求。然而，傳統(tǒng)防爆變頻器普遍存在的輸入/輸出諧波畸變率較高問題，成為制約井下設(shè)備應(yīng)用的瓶頸。新風(fēng)光高壓防爆變頻器在營盤壕煤礦的成功應(yīng)用驗(yàn)證了技術(shù)突破，通過移相變壓器與功率單元級(jí)聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輸入諧波畸變率<3%、輸出電壓諧波<2%的優(yōu)異指標(biāo)，成功破解井下諧波治理難題。
該方案在煤礦智能化建設(shè)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其主從下垂控制策略支持5000米超長距離供電，驅(qū)動(dòng)效率提升15%，功率因數(shù)達(dá)0.99，配合光纖通訊與故障預(yù)警模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷與功率平衡自適應(yīng)調(diào)節(jié)，設(shè)備綜合能效提升20%。通過變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)革新，煤礦井下設(shè)備能耗降低18%～25%，單臺(tái)設(shè)備年減碳量超500噸，為煤炭行業(yè)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供核心裝備支撐。隨著《煤礦智能化建設(shè)指南》的深化實(shí)施，高壓防爆變頻器在帶式輸送機(jī)、刮板機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備中的滲透率將逐步提升，成為推動(dòng)煤礦智能化升級(jí)的核心動(dòng)力。
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