產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
再創(chuàng)標桿業(yè)績 | 新風光高壓防爆變頻器成功應用于大功率永磁直驅(qū)皮帶機
應煤礦智能化建設需求，井下主運輸皮帶機、刮板機、風機、水泵等高壓大功率設備的智能驅(qū)動控制尤為重要。以井下主運皮帶輸送機為例，作為煤炭運輸?shù)暮诵脑O備，其具有容量大、負載重、長期連續(xù)運行的特點?，F(xiàn)有液力耦合器雖能在一定范圍內(nèi)實現(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油質(zhì)量、日常維護工作量大等問題。變頻調(diào)速技術憑借調(diào)速范圍寬、精度高、響應速度快、可實現(xiàn)軟啟動等優(yōu)勢，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輸機采用該技術，其特有的主從控制功能和大起動力矩特性有效保障了運輸機的穩(wěn)定高效運行。實踐表明，采用高壓防爆變頻器替代液力耦合器進行調(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)、小電流高啟動轉(zhuǎn)矩、負荷分配功能及完善保護等特性，結(jié)合皮帶機負載特性，其在煤礦皮帶機上的應用已成為必然趨勢。
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。其北翼主運皮帶輸送機系統(tǒng)采用新風光高壓防爆變頻器（型號BPBJV2-1250/10），該設備輸入/輸出電壓均為10kV，額定功率1250kW，基于級聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)設計，每相配置8個功率單元。驅(qū)動系統(tǒng)采用機頭4臺電機與機尾2臺電機協(xié)同驅(qū)動方案，其中皮帶機搭載的礦用隔爆型永磁同步變頻電機型號為TBVF-900YC，電壓10kV額定功率900kW，額定轉(zhuǎn)速60r/min，整套驅(qū)動系統(tǒng)采用主從控制架構(gòu)，通過光纖通訊實現(xiàn)六臺變頻器的精準協(xié)同，確保運輸系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。
皮帶機系統(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現(xiàn)三重功能：首先將輸入高壓降壓至三相690V獨立電源，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單元輸入電壓進行相位偏移，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)為功率單元級聯(lián)提供了電氣隔離的獨立電源。單元級聯(lián)采用載波移相技術，通過相鄰單元載波相位差補償，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)境下的實時控制精度與抗干擾能力。
功率單元拓撲
高壓防爆變頻器使用功率單元串聯(lián)疊加技術，每個功率單元接收主控機的正弦調(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，實現(xiàn)對電機無諧波干擾；由于dv/dt小，對電機及電纜絕緣無損傷，適用于普通電機和電纜，同時實現(xiàn)5000m電機長距離供電，營盤壕煤礦高壓防爆變頻器放置在距離皮帶機100米橫向巷道內(nèi)。由于對電網(wǎng)側(cè)實現(xiàn)幾乎無諧波干擾，特別對電機幾乎無諧波干擾，被譽為“綠色無諧波變頻器”。
主從機光纖通訊系統(tǒng)框圖
皮帶機負載在多機驅(qū)動時容易發(fā)生負荷分配不均的問題。兩臺相同型號電機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，從而影響主從機功率平衡。
為了解決上述問題，本項目采用主從機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)電機電流的變化動態(tài)地實現(xiàn)各個電機之間負載平衡的精準分配。
營盤壕煤礦使用高壓防爆變頻器應用效果
1.真正實現(xiàn)皮帶機軟啟動。變頻器低頻運轉(zhuǎn)可輸出2.2倍額定力矩，啟動時間可在1～3600s內(nèi)調(diào)整，滿足皮帶機重載軟啟動工況需求。
2.實現(xiàn)精準功率平衡。實現(xiàn)機頭4臺電機與機尾2臺電機距離5000米同時驅(qū)動狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩平衡。各個電機之間不平衡率小于2%。
控制箱顯示不同整機運行電流
3.實現(xiàn)在線投切功能。此6驅(qū)皮帶機系統(tǒng)按照5臺設備投運1臺設備備用方式執(zhí)行，支持變頻器整機設備在線投入功能，當5臺運行設備其中一臺設備故障退出，備用變頻器立即投入，保證皮帶機不停機，運行可靠且更安全。
4.自動調(diào)整皮帶機運行速度。配合煤流量傳感器，根據(jù)負載輕重自動調(diào)節(jié)膠帶運行速度，實現(xiàn)“煤多快跑、煤少慢跑”，系統(tǒng)運輸效率大幅提升。
5.節(jié)能降耗，具有重大經(jīng)濟和社會效益。使用高效率的低速直連永磁同步電機，去掉減速機，系統(tǒng)效率和維護效率大大提升，在實際應用中，變頻器軟啟動降低了系統(tǒng)啟動沖擊，根據(jù)煤量調(diào)速降低了皮帶機系統(tǒng)的高速運行時間，大大減小了電機、滾筒、托輥和皮帶等機械系統(tǒng)磨損，延長設備使用壽命，減輕系統(tǒng)設備現(xiàn)場維護工作量和維護費用，降低了工人勞動強度，電機低速較高速運行的電能消耗明顯降低。對于節(jié)約電能、降低皮帶機系統(tǒng)機械損耗具有重大意義。
當前行業(yè)主流的變頻器使用方案為采用移動變壓器+變頻器方式供電，不僅占地面積大，而且現(xiàn)場走線連線施工量大；而我公司將移變和變頻器整合一體機設計，具有10kV、6kV變頻器均可選擇，大大節(jié)約占地面積以及現(xiàn)場施工；高壓防爆變頻器采用模塊化設計理念，按照需要更新維護功能模塊，方便產(chǎn)品后期現(xiàn)場維護。
新風光變頻器與其他廠家對比
除設備自身具備在線冗余功能外，單臺變頻器每相支持3個功率單元冗余。當單元發(fā)生故障時，系統(tǒng)可自動旁路故障單元，確保生產(chǎn)過程不受影響。
單元旁路過程
自適應各類負載運行，多級驅(qū)動類負載具有自動功率平衡，無需人為干預，可支持10臺以下整機主從控制。
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；遠程監(jiān)控故障診斷：可以通過PC或者手機APP進行相關數(shù)據(jù)監(jiān)控，故障分析以及器件壽命預估。
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《煤礦智能化建設指南》明確提出，智能采煤、智能運輸?shù)葓鼍皩Ω唠妷捍蠊β首冾l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，成為制約井下設備應用的瓶頸。新風光高壓防爆變頻器在營盤壕煤礦的成功應用驗證了技術突破，通過移相變壓器與功率單元級聯(lián)技術，實現(xiàn)輸入諧波畸變率<3%、輸出電壓諧波<2%的優(yōu)異指標，成功破解井下諧波治理難題。
該方案在煤礦智能化建設中發(fā)揮關鍵作用，其主從下垂控制策略支持5000米超長距離供電，驅(qū)動效率提升15%，功率因數(shù)達0.99，配合光纖通訊與故障預警模塊實現(xiàn)遠程診斷與功率平衡自適應調(diào)節(jié)，設備綜合能效提升20%。通過變頻驅(qū)動技術革新，煤礦井下設備能耗降低18%～25%，單臺設備年減碳量超500噸，為煤炭行業(yè)“雙碳”目標實現(xiàn)提供核心裝備支撐。隨著《煤礦智能化建設指南》的深化實施，高壓防爆變頻器在帶式輸送機、刮板機等關鍵設備中的滲透率將逐步提升，成為推動煤礦智能化升級的核心動力。
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