北岭井下胶带运输机软启动改造方案比选及实践
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摘要：北岭主运系统由三部胶带机组成，包括主斜井胶带机以及井下两部胶带机。该三部胶带机均未按照《煤矿安全规程》的要求，实现软启动。根据实际情况，需对北岭主运系统实施软启动改造，做到符合《煤矿安全规程》要求，保证安全、可靠运行。通过对北岭主运系统井下两部胶带机软启动技术改造的具体实施，实现了软启动，保证了系统运行安全、高效运行。
关键词：胶带机；软启动；改造；技术突破
一、北岭井下大巷胶带机概况
井下胶带大巷1#胶带机技术参数：输送量：Q=630t/h；尾部至头部水平输送距离：Lh= =587m；尾部至头部倾角：α=1.8～10°；提升高度：H=30.763m；带宽：B=1000mm；带速：V=3.15m/s；驱动方式：采用头部双滚筒双电机，电机+液力偶合器+减速机驱动方式。
井下胶带大巷2#胶带机技术参数：输送量：Q=630t/h；尾部至头部水平输送距离：Lh=781m；尾部至头部倾角：α=0.68°；提升高度：H=9.269m；带宽：B=1000mm；带速：V=3.15m/s；驱动方式：采用头部双滚筒双电机，电机+液力偶合器+减速机驱动方式。
二、现北岭井下胶带大巷1#、2#胶带机存在的问题、软启动改造的必要性
1、北岭井下胶带大巷1#、2#胶带机均存在如下问题：
● 不能实现软启动。井下胶带大巷1#、2#带式输送机均采用电机+液力偶合器+减速机驱动方式，且高压开关只有一台，采用一拖二方式，电机一经得电便满速运行，液力偶合器没有软启动效果，无法实现软启动。
● 无法实现自动化控制。三部胶带机均采用机头控制按钮起、停胶带机，尽管操作简单，但技术落后，安全系数低、隐患大，与现代化矿井要求极不相称，也无法监测胶带机各重要元器件的工作状态。
● 无法实现重载启动，且启动过程对胶带机损伤大。
2、电机直接启动带来巨大危害
直接启动即将电动机直接投入电网，给电动机定子施加电源电压，这种启动方式虽然简单，但是电动机的启动电流很大，一般为电动机额定电流的5-8倍，过大的启动电流将可能导致电网电压显著下降，影响同一供电线路或同一台供电变压器上其他设备的正常工作，因此，在实际规范中，对电动机启动引起供电系统的电压降有明确而严格的要求。
北岭井下胶带大巷1#、2#胶带机都通过电机直接启动来启动，极易造成电网电压下降，影响其他设备的正常运行，造成设备的有害跳闸，同时过大的启动电流会使电机绕组发热，加速绝缘老化，影响电机寿命。
3.《煤矿安全规程》第三百七十三条明确规定，采用滚筒驱动带式输送机运输时，带式输送机应加设软啟动装置，下运带式输送机应加设软制动装置。因此，北岭矿主运系统的三部皮带均不能满足《煤矿安全规程》的要求，存在重大安全隐患，必须在原有基础上进行技术改造，使其达到《煤矿安全规程》要求。
综上，必须对北岭井下胶带大巷1#、2#胶带机进行软启动改造。
三、改造方案选择及实施
1、目前，煤矿带式输送机软启动装置可分为电气软启动和机械软启动两种，其中电气软启动装置主要有变频器装置、电软启动装置等，机械软启动装置主要有液体粘性调速装置（CST装置）、调速型液力偶合器装置等。对其优缺点比较如表一所示：
2、改造原则
当前煤炭市场持续低迷，煤炭价格持续走低，因此选择满足《煤矿安全规程》、经济性好、投资少、安全可靠、尽可能留用原有设备是这次技术改造所必须遵循的原则。
鉴于以上原则并通过上表的综合比较，同时考虑现场空间等因素，此次技术改造不考虑机械调速方式，即不用液体粘性调速装置（CST）和调速型液力偶合器。只考虑电气调速方式，即从变频器装置和电软启动装置中进行比选。
3、方案比选
方案一：均采用变频器进行调速，可实现软启动、软停止功能，可根据实际情况调节带速，实现节能运行。具体方案如下：
（1）井下胶带大巷1#带式输送机、井下胶带大巷2#带式输送机软启动技术改造亦采用变频器调速方式。经了解，目前市场上尚无符合煤矿井下使用要求的、具有MA标志的10KV防爆变频器，为符合井下使用要求，只能选用1140V或660V井下防爆变频器，并更换电机、减速机等。具体为：从机头10KV高压开关出线处加装10/1.2/0.69KV矿用隔爆型移动变电站，其后加低压变频器，将原先的10KV电机、液力偶合器、减速机拆除，重新制作、浇铸电机、减速机等基础底座，更换相应电压等级的变频调速电机、减速机，弃用液力偶合器，实现变频软启动。连接方式为高压开关+移动变电站（新购，一台）+低压变频器（新购，两台）+低压变频电机（新购，两台）+减速机（新购，两台）+驱动滚筒。
方案二：井下胶带大巷1#带式输送机、井下胶带大巷2#带式输送机采用电软启动器方式，可实现软启动、软停止功能。具体方案如下：
（1）井下胶带大巷1#带式输送机、井下胶带大巷2#带式输送机软启动技术改造采用电软启动器方式。只需在现有高压开关与电机之间加装电软启动器（实现一拖二功能）即可，原先的电机、减速机均予以留用。连接方式为高压开关+电软启动器（新购，一台，实现一拖二功能）+电机（原有）+减速机（原有）+驱动滚筒。
两种方案的优缺点比较如表二所示：
通过两种方案的优缺点比较，不难发现，虽然方案一具有软启动特性好、能够实现低速验带、节能效果好等优点，但也存在着投资大、改造困难、原有设备利用率低、影响生产时间长等重大缺陷，在目前这种煤炭市场低迷的情况下不宜采用。相反，方案二虽然存在不能低速验带、节能效果不明显等缺点，但能够留用所有的原有设备，改造难度低，能够最大限度不影响生产，投资少，安全性、可靠性均能得到保证，优点明显。 经过方案论证，北岭井下胶带大巷1#、2#胶带机软启动技术改造采用电软启动器方式。经比选，使用KJGR-200/6矿用隔爆兼本质安全型高压软起动控制器。这是一种全数字化的智能控制器，起动方式为第二代电流PID闭环的电流斜坡控制，与笫一代的电压斜坡相比优点是，电机起动平滑，能有效地把起动电流降至最低限度，同时电机接近全速时不会产生转矩冲击；因此可广泛应用于水泵、真空泵、皮带运输机、风机、空气压缩机、大转动惯量负载。具有软起和直起两种启动模式；具有自由停机、软停机两种停止方式。
具体改造方案为：在现有高压开关与电机之间加装电软启动器（实现一拖二功能），原先的电机、减速机均予以留用。连接方式为高压开关+电软启动器（新购，一台，实现一拖二功能）+电机（原有）+减速机（原有）+驱动滚筒。
由于KJGR软起动控制器能精确控制起动过程中的电动机电流及无级加速和可控制的减速，从而避免了在起动中的机械力冲击；可避免皮带过大应力和撕裂；对电动机可以最大限度降低起动电流，延长电动机使用寿命；可避免起动冲击电流及由此造成的电网电压瞬时跌落，减少对电网容量的需求，节约对電网的投资。
本软起动控制器具有的突出特点包括：高速精确采样的 PID电流闭环起动方式；能够实时监控电机运行电流，对电机实时进行过热过流检测；保护灵敏、可靠，当检测运行值超出设定的额定范围，软起将自行切断电机运行电源。本次改造采用的软启动方式，能够有效避免直接启动对电机带来的伤害，提高电机及皮带寿命，保证设备安全、可靠运行。
五、结语
通过改造，在最大限度上保留、使用原有设备的同时，实现了软启动功能；实现了自动化控制；能够实现重载启动，避免了对胶带机的损伤；满足了《煤矿安全规程》相关要求，消除了重大安全隐患。总之，是一次成功的技术改造。
参考文献
[1]《山西中煤平朔北岭煤业有限公司矿井兼并重组整合项目初步设计说明书》，煤炭工业太原设计研究院
[2]《变频器软启动器及PLC实用技术手册》，方大千等，化学工业出版社
[3]《煤矿安全规程》，煤炭工业出版社
[4]《电动机软启动器入门与应用实例》，刘利，中国电力出版社
作者简介：张凤奇（1987-），黑龙江省牡丹江市人，2011年毕业于黑龙江科技大学电气工程及其自动化专业。
（作者单位：中煤平朔北岭煤业有限公司）
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