錦界煤礦位于陜西省神木縣境內，設計生產規模1000萬t/a，是錦界煤電一體化項目規劃裝機容量6×60萬kW電廠的配套煤礦，也是神華集團神東煤炭分公司在榆神礦區建設的第一對特大型礦井。該礦井采用斜井開拓，主運輸系統運距長，傾角大，運量大。2006年9月底全部建成投入試運行，初步達到了建設目標要求。
根據項目規劃，煤礦一次建成，而配套電廠6臺機組分期分批投入發電，這就需要煤礦主運輸系統的運輸能力隨發電機組的陸續投運而逐步增加。為保證煤礦的正常生產與電廠發電能力很好地銜接，節省投資，對煤礦主運輸系統的帶式輸送機采用調速運行方式是非常必要的，在主運輸系統初期運量較小時采用較低速度運行以節約運營成本，符合國家大力倡導的節能減排產業政策。
常規的帶式輸送機調速方式采用液力偶合器，雖具有功率適應范圍大，結構簡單，投資少的優點，但也存在滑差功率損耗大，啟動電流大，同步控制困難，設備磨損及老化嚴重等缺點。隨著變頻技術的發展和成熟，以其較高的控制精度和優異的調速啟制動性能在帶式輸送機調速驅動領域迅速得到推廣應用，在節約能源和提高設備性能及運行可靠性等方面成效顯著，因此，經過綜合對比分析，確定錦界煤礦主運輸系統帶式輸送機和甲帶給煤機全部采用變頻調速驅動技術。本文結合該項目的設計實施，對變頻調速驅動技術在主運輸系統的成功應用經驗加以總結。
2、主運輸系統的工藝布置及設備選型
根據礦井開拓部署，主運輸系統的設備主要由3 -1煤大巷帶式輸送機、3-1煤集中煤倉下口甲帶給煤機、主斜井帶式輸送機和上原煤倉帶式輸送機等組成，將井下工作面原煤運往地面原煤倉，如圖l所示。
根據礦井開拓部署，主運輸系統設備主要由3 -1煤大巷帶式輸送機、3-1煤集中煤倉下口甲帶給煤機、主斜井帶式輸送機和上原煤倉帶式輸送機等組成，將井下工作面原煤運往地面原煤倉。
該設備主要參數為：帶寬1.6 m、運量3 700t/h、帶速4.5m/s、長度2 100 m。3-1煤大巷帶式輸送機主要參數：帶寬1.6 m、帶速4.5 m/s、運量3 700 t/h、長度2 100 m。近水平布置，總功率4 x500 kW，屬于在井下使用的長運距、大運量的大型帶式輸送機，采用690 V防爆變頻電機配減速器驅動方式，并選用ABB低壓防爆變頻器。
低壓防爆變頻驅動因受散熱等防爆要求的限制，目前單機最大驅動功率為500kW，因此該帶式輸送機采用頭部雙驅動滾筒2:2驅動單元配置，每個驅動單元500 kW，以滿足選用低壓防爆變頻驅動的要求。它主要由礦用隔爆型變壓器(10kV/693 V)、水冷式防爆690 V變頻器、變頻電機和相應的控制系統組成。4臺變頻器由2臺變壓器提供4回690 V的12脈沖電源，每臺變頻器由12脈沖整流電源和各自獨立的逆變單元和水冷單元組成。系統配置如圖2所示。與井下常用的機械軟啟動相比，變頻調速驅動配電控制柜多，特別是變頻器需要的水冷系統較繁瑣，配電硐室面積增加約1.5倍，給井下布置和生產管理都帶來了不便，但它除具有較好的軟啟動性能、可實現功率平衡等優點外，最大優勢在于能方便地進行調速運行以適應礦井主運輸系統運量變化的需求，節能高效。
3 -1煤集中煤倉下口甲帶給煤機主要參數：最大給煤量2 000 t/h、甲帶最高運行速度0.73m/s、驅動功率5.5 kW，采用變頻器無極調速控制方式。與傳統的往復式和振動式給煤機相比，甲帶給煤機改間斷給料為連續給料方式，可根據主運輸系統運量變化要求，由660 V防爆變頻器控制甲帶運行速度，實現調速運行，高效節能。
主斜井帶式輸送機主要參數：帶寬1.6 m、帶速4.5 m/s、運量3 700 t/h、長度3 733 m、傾角為14°，總功率3 xl 650 kW，屬于煤礦主提升運輸系統中大運距、大傾角、大運量的超大型帶式輸送機，采用2.3 kV變頻電機配減速器驅動方式，選用西門子中壓變頻器。該輸送機采用頭部雙驅動滾筒2:1驅動單元配置，每個驅動單元l 650 kW．全部布置在主斜井井口驅動機房內。
西門子2.3 kV中壓變頻驅動是目前煤礦主提升帶式輸送機上比較常用的驅動技術之一。它主要由三繞組變頻變壓器(10 kV/2.3 kV)。三電平電壓源型中壓變頻器、變頻電機和相應的控制系統組成。變壓器選用三繞組雙層結構戶外安裝油浸式變頻變壓器；變頻器選用風冷散熱方式，電源側用12脈沖二極管整流器，電機側用HV - IGBT功率卡三電平逆變器。與常用的機械軟啟動相比，該驅動技術供配電系統額外增加了隔離變壓器和變頻器室，配電室面積較大，但驅動機房內驅動單元機械設備大為簡化。由于采用了多點驅動方式，為很好地解決了多電機驅動的轉矩和拖動功率的平衡問題，對多臺變頻器采用了主／從控制模式，主變頻器按照主運輸帶式輸送機驅動要求進行速度控制，同時將其速度調節器的輸出作為電動機的轉矩設定值，分配給主變頻器和從變頻器，再轉換成各自的電流設定值，從而實現各自的電流閉環調節，最終實現了多電機的轉矩和拖動功率平衡和速度的同步；因變頻器采用了閉環矢量控制方式，帶式輸送機實現了優化S形曲線的啟動和可控停車。采用這種調速控制方式的最大優勢在于能適應礦井主運輸運量變化要求的合理運行的速度調節，在20%～100%負載變化情況下功率因數達到≥0.96，具有傳統調速方式不可比擬的優越性。缺點是諧波偏高。通過采取有效的諧波治理，最終使得諧波控制在了合理的水平，達到國家標準的要求。
上原煤倉帶式輸送機主要參數：帶寬1.6 m、帶速4.5 m/s、運量3 700 t/h、長度275 m、傾角11. 54。，總功率2x500 kW，采用690 V變頻電機配減速器驅動方式，選用西門子低壓變頻器。該輸送機采用頭部單驅動滾筒1:1驅動單元配置，每個驅動單元500 kW，均布置在原煤倉上。
普通低壓變頻器是目前煤礦地面帶式輸送機常用的驅動方式之一，主要由變壓器、變頻器、變頻電機和相應的控制系統組成，與防爆變頻驅動相比，變頻器的散熱更容易解決，采用風冷方式簡單而實用。
3、結 語
錦界煤礦主運輸系統自投運一年來，全部實現了調速運行。期間帶式輸送機運行速度分別設定在3.5 m/s和4.0 m/s，均取得了較好的運行效果。調試期間，除井下防爆變頻器水冷散熱系統做了局部改進外，其余設備一次調試運行成功，期間還按照設計參數成功進行了滿載全速運行試驗。
現場實際應用表明，采用變頻調速驅動技術，能夠有效地改善帶式輸送機的啟動、運行、制動性能，很好地解決了多電機驅動的功率平衡和同步問題，并滿足主運輸系統逐步提速擴能的需要，實現了帶式輸送機的安全、經濟、高效、可靠運行，延長了設備的壽命，取得了可觀的社會效益和經濟效益。隨著可控硅技術的發展以及電力電子和微電子控制技術的飛速發展，變頻調速驅動技術以其優異的啟制動性能、高效率、節電效果明顯和高性價比等諸多優點，必將在大型煤礦主運輸系統中得到大力推廣。
