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北京利德華福電氣技術有限公司 供稿
摘要：采用高壓變頻器拖動管狀帶式輸送機，是減少皮帶沖擊、提高皮帶壽命、安全運行的重要手段。本文通過對高壓變頻器在管狀帶式輸送機上的應用以及HARSVERT系列變頻調速系統(tǒng)結構的分析，介紹運用高壓變頻器拖動管狀帶式輸送機系統(tǒng)的相關技術。
關鍵詞：管狀帶式輸送機、高壓變頻器、矢量控制、轉矩協(xié)調、主從控制
一、 前言
管狀帶式輸送機是一種新型帶式輸送機，在裝料區(qū)和卸料區(qū)，膠帶打開呈槽形，裝料或卸料后，膠帶被托輥卷成圓形，管狀形成后，呈六邊形布置的托輥保持其管狀。該機可在沿空間曲線靈活布置，在復雜地形條件下長距離輸送物料，同時與普通帶式輸送機相比，具有經(jīng)濟、可靠、安全、高效等優(yōu)點，廣泛用于電力、化工、建材、礦山、冶金、碼頭、煤炭、糧食等行業(yè)物料輸送系統(tǒng)。由于管狀帶式輸送機一般在運距比較長，地理環(huán)境比較復雜，轉彎較多的情況下運行，采用變頻器控制驅動技術、實現(xiàn)驅動設備軟啟動、軟停機及在線調速功能。考慮到150%的過載能力裕量，一般整條皮帶選用幾臺電機同時驅動，由于幾臺電機驅動不同軸聯(lián)接，又要保持同步，為了滿足整個系統(tǒng)速度同步，設計采用利德華福HARSVERT-VA系列高壓變頻器，通過主從控制方式實現(xiàn)皮帶機多電機驅動時的轉矩平衡。
二、 用戶簡介
圖1 威信云投粵電扎西能源
威信云投粵電扎西能源有限公司是由云南省電力投資有限公司控股、廣東電力發(fā)展股份有限公司、云南省煤田地質局共同出資設立的有限公司。公司地址位于云南省昭通地區(qū)威信縣，地處云貴高原北緣和四川盆地南緣過渡地帶。昭通市為滇東北地區(qū)主要煤炭資源蘊藏地和產(chǎn)煤地之一，含煤面積1.5105萬平方公里，探明及預測煤碳資源量為198.25億噸，其中鎮(zhèn)雄、威信兩縣煤炭資源最為豐富。為了將威信縣的資源優(yōu)勢轉化為經(jīng)濟優(yōu)勢，同時滿足云電送粵的需要，公司將建設規(guī)劃總容量為4×600MW火力發(fā)電機組，以及相配套的煤礦，實現(xiàn)煤電項目一體化工程。如圖1所示：
三、 應用現(xiàn)場皮帶機系統(tǒng)基本情況介紹
該項目位于云南省昭通市威信縣麟鳳鄉(xiāng)麟鳳壩北端的王家寨至小壩一帶，井田東起于三桃鄉(xiāng)后溪口-塘房一線，以蔡家壩斷層為界；西至長安鄉(xiāng)田壩村以王家溝斷層為界，走向長約17公里；南至玄武巖底界；北至大雪山-塘房一線，寬2.3-3.8公里，面積約49.74平方公里。礦井煤炭總資源量為27727萬噸，工業(yè)儲量為22696萬噸，經(jīng)濟可采儲量為17713萬噸。利用觀音山煤礦的煤炭資源，一期工程已建成裝機容量為2×600MW火力發(fā)電機組，形成煤電聯(lián)產(chǎn)的一體化項目，由于地處山區(qū)，地勢起伏較大，普通的凹槽皮帶已無法滿足現(xiàn)場運輸?shù)囊螅圆捎霉軤顜捷斔蜋C，管狀帶式輸送機是一種新型帶式輸送機，在裝料區(qū)和卸料區(qū)，膠帶打開呈槽形，裝料或卸料后，膠帶被托輥卷成圓形，管狀形成后，呈六邊形布置的托輥保持其管狀。由于膠帶在輸送線路上呈管形，物料不會撒落，物料也不會因刮風、下雨而受外部環(huán)境的影響，這樣既避免了因物料的撒落而污染環(huán)境，也避免了外部環(huán)境對物料的污染，達到無泄漏密閉輸送。該機可在沿空間曲線靈活布置，在復雜地形條件下長距離輸送物料，同時與普通帶式輸送機相比，具有經(jīng)濟、可靠、安全、高效等優(yōu)點。如圖2、3所示：
圖2 管狀皮帶機
圖3 管狀皮帶機
威信云投粵電煤電一體化項目管狀皮帶機，由三臺電機拖動（3×355kW），三臺電機均配置在機頭。如圖4所示：
圖4 三機驅動示意圖
主要參數(shù)如下
皮帶機參數(shù)：
輸送量Q=800t/h；輸送長度L=2160.5m；帶寬B=1600mm；管徑Φ=400mm；帶速V=2.8m/s；提升高度h=37.05m；膠帶ST1600；功率P=3×355kW；類型 阻燃鋼繩芯管帶
電機參數(shù)：
型號YBPT 4003-4；頻率范圍5-50HZ；功率355kW；電壓6000V；電流42.4A；功率因數(shù)0.85
圖5 現(xiàn)場皮帶機情況
四、現(xiàn)場變頻調速系統(tǒng)方案介紹
現(xiàn)場三臺高壓變頻器均采用一拖一手動旁路方案，此旁路方案是手動旁路的典型方案，原理是由3個高壓隔離開關QS41、QS42、QS43及高壓開關QF、電動機M組成。要求QS42和QS43之間存在機械互鎖邏輯，不能同時閉合。
變頻運行時，QS43斷開，QS41和QS42閉合；
工頻運行時，QS41和QS42斷開，QS43閉合。具體如圖6所示：
圖6 一拖一手動旁路方案
五、 現(xiàn)場高壓變頻調速系統(tǒng)及采用的控制方案介紹
現(xiàn)場采用北京利德華福電氣技術有限公司生產(chǎn)的3套HARSVERT-HVA06/050系列矢量控制高壓變頻調速系統(tǒng)，額定電壓6kV，額定電流50A，額定功率400kW。如圖7所示：
圖7 高壓變頻器現(xiàn)場安裝情況
利德華福HARSVERT系列高壓變頻調速系統(tǒng)，以高可靠性、易操作、高性能為設計目標，滿足用戶對于風機、水泵、礦井提升機、皮帶機等機械調速節(jié)能、改善生產(chǎn)工藝的迫切需要；為了最大限度的縮短高壓變頻調速系統(tǒng)安裝和改造的施工周期，系統(tǒng)采用了一體化設計的理念，包括變壓器柜、功率柜、控制柜（高壓開關柜或旁路柜可選）等所有部件及內部連線，用戶只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號線即可。在先進的生產(chǎn)和管理環(huán)境中，整套系統(tǒng)在出廠前已進行整體測試，確保每一臺出廠設備的質量和性能。
為了適用改造項目的需要和降低新建項目的投入，高壓變頻調速系統(tǒng)中的每一個功能部件可以分步進行安裝，確保了高壓變頻調速系統(tǒng)不會在運輸和安裝過程中出現(xiàn)意外，方便的前后維護方式、靈活多樣的散熱方式、高性能的重要進口元器件、先進的生產(chǎn)工藝大大的降低了高壓變頻調速系統(tǒng)對現(xiàn)場環(huán)境的要求。如圖8所示：
其主回路如圖（圖中n代表級數(shù) n=8）：
圖8系統(tǒng)原理圖
HARSVERT系列高壓變頻調速系統(tǒng)采用功率單元串聯(lián)技術解決器件耐壓問題，多級串聯(lián)PWM信號移相后疊加，減少了輸出側諧波、降低輸出電壓的dv/dt；通過電流多重化技術減少對電網(wǎng)反饋的諧波，減小對電網(wǎng)的諧波污染；主控制器采用數(shù)字信號處理器、可編程門陣列（CPLD和FPGA）為核心，配合數(shù)據(jù)采集單元、單元控制器和光纖通信回路以及可編程邏輯控制器（PLC）構成控制系統(tǒng)。HARSVERT-VA系列高壓變頻調速系統(tǒng)本體由變壓器柜、功率柜及控制柜組成。如圖9所示：
圖9高壓變頻調速系統(tǒng)示意圖
對于三機驅動的皮帶機變頻控制，為了有效實現(xiàn)電機的負載平衡控制，高壓變頻調速系統(tǒng)適宜采用1主-2從方式進行控制。一臺變頻器作為主控，發(fā)出輸出轉矩給定值，控制另兩臺高壓變頻調速系統(tǒng)同步運行。各高壓變頻調速系統(tǒng)僅對電機的轉矩進行控制，兩臺從控電機的轉速是不可控量，由物理系統(tǒng)的實際特性決定運行三臺電機的速度匹配。如圖10所示，主控高壓變頻調速系統(tǒng)控制主電機的轉速，并給出兩臺電機的輸出轉矩給定值，從控高壓變頻調速系統(tǒng)根據(jù)收到的電機輸出轉矩給定值控制從電機的輸出轉矩。
圖10主-從控制結構負載平衡控制示意圖
變頻器采用無速度傳感器矢量控制技術，對電機轉速的精度控制在0.5％以內，如果需要電機需要更高的控制精度，可以采用速度傳感器，控制精度在0.1％以內。
主控高壓變頻調速系統(tǒng)和從控高壓變頻調速系統(tǒng)均有外部信號連鎖控制和狀態(tài)、報警邏輯信號輸出，主控高壓變頻調速系統(tǒng)接收本地或者遠程的“啟動”、“停機”和“緊急停機”指令，以及來自從控高壓變頻調速系統(tǒng)的“緊急停機”指令，從控高壓變頻調速系統(tǒng)接收來自主控高壓變頻調速系統(tǒng)的“啟動”和“緊急停機”指令，同時接收從控高壓變頻調速系統(tǒng)本地或者遠程聯(lián)動的“緊急停機”指令。
在兩臺高壓變頻調速系統(tǒng)的PLC邏輯程序中進行邏輯互鎖，使得兩臺高壓變頻調速系統(tǒng)同時啟動，同時停機。如圖11所示：
圖11主-從一拖一控制反饋信號示意圖
六、總結
本文主要結合北京利德華福公司的HARSVERT-VA系列高壓變頻器在威信云投粵電扎西能源煤電一體化項目管狀皮帶機上的實際應用情況，經(jīng)過現(xiàn)場應用表明，運用高壓變頻器拖動管帶機實現(xiàn)平緩、穩(wěn)定啟停，減小了對皮帶的沖擊，降低皮帶的磨損，利用技術先進、成熟安全的高壓變頻調速系統(tǒng)可以全面實現(xiàn)高效調節(jié)現(xiàn)場工況，提高系統(tǒng)自動化程度，節(jié)約電能的目的。
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