礦用皮帶機雙變頻器聯動運行方案中的解決

引言
斜井強力膠帶輸送機是煤礦輸送的重要工具，在煤炭生產中具有舉足輕重的地位。作為高壓變頻系統在輸送機的動力系統，如何使兩臺電機帶動的皮帶機協調安全運行是重中之重。新疆建設兵團塔什店煤礦強力膠帶輸送機高壓變頻電控系統中（見下圖的主回路），由兩臺高壓變頻器帶動皮帶提升機。以下是在調試時，雙機聯動運行所遇到問題及解決方案。

啟動運行時，雖然電控系統給定的兩臺變頻器的速度一致，但在實際運行過程中，總是存在兩臺電機運行的速度不一致，使其中一臺機械速度高的電機因過負荷而變頻器過電流跳閘，負荷過輕（因運行速度低）的一臺變頻器過電壓而跳閘保護。

以下為電氣一次圖及皮帶提升機械簡圖

塔什店煤礦強力膠帶輸送機電氣及機械參數如下

膠帶機運輸機

滾筒直徑：2m

輸送傾角：20°30″

最大長度：1310m

帶速：2. 5m/s

主電機型號：YB450-4

總功率：2X400kW

額定電壓/電流：10000V/28.6A

額定轉速：1485r/min

減速機型號：ZSY (a)560(t)-45-Ⅱ

速比：62



高壓真空開關柜

型號：KGS1-02DS

皮帶主控臺

型號：JPDK-ZN-ZKP

高壓變頻器

型號：HIVERT-Y10/036

額定電壓/電流：10000V/36A

輸出頻率：0-50Hz


現場雙機拖動皮帶的示意圖

變頻器產生過電壓的原因

1、主要是來自負載側的過電壓

當兩臺電機拖動皮帶機并行運行時,如果其中一臺電機運行的速度超前于另一臺電機的速度，會使第二臺電動機處于再生發電狀態。即電機處于機械轉速比變頻輸出頻率決定的同步轉速高的狀態時，負載的傳動系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過2個逆變器的續流二極管回饋到變頻器功率單元的中間直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態，同時高壓變頻器串聯疊波方式的特點，電壓升高會集中在中性點上，單元A1；B1；C1的直流母排上；如果變頻器中直流均壓電阻不足以抵消這些能量，這些能量將會導致中性點上的直流回路的電壓上升，達到限值即會保護跳閘。

過電壓保護是變頻器直流母排上直流電壓達到危險程度后采取的保護措施，變頻器過電壓的危害,對直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴重時會引起電容器爆裂。因而在高壓變頻器中一般將功率單元的直流回路過電壓值（L+，L-）限定在AC1150V左右，一旦其電壓超過限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護。

2、來自進線電源輸入側的過電壓
正常電網輸入的電源電壓為10kV，允許誤差為-5%～+10%，輸入主隔離變壓器后，付繞組每個繞組電壓為640V，三相橋式全波整流后直流的峰值為820V，個別情況下電源線電壓達到705V，其峰值電壓也只有996V，并不算很高，一般進線電源電壓（+15%）不會使變頻器因過電壓跳閘。電源輸入側的過電壓主要是指電源側的沖擊過電壓，和雷電引起的操作過電壓等，主要特點是電壓變化率dv/dt和幅值都很大。

變頻器過電壓故障分析及處理對策
當變頻器啟動頻率加速時間設定不合適，在啟動的瞬間，兩臺變頻器不是運行在相同頻率（變頻器在加速過程中，皮帶機上兩個電機拖動同一個負載，由于沒有負荷分配，如其中一臺出現啟動瞬時電流非常大，輸出電流達到變頻器限電流超過了設定的上限值，此時變頻器的輸出頻率將不再上升，暫緩加速，待輸出電流下降到設定限流值以下后再繼續加速。），以至于其中的一臺變頻器的運行頻率高于另一臺頻率，在較嚴重時兩臺電機頻率可以相差0.2Hz,此時足以使一臺變頻器過電流或另一臺變頻器過壓。



首先解決雙電機機械速度一致的問題

這種情況在調試過程中，解決是兩臺電機的過壓問題，要使兩臺變頻器同時輸出，在他們之間內部增加控制單元，解決同頻同速的問題。其控制原理是：分別檢測兩臺電機的輸出電流及兩臺變頻器的過電壓，在同時啟動的過程中，通過放大過負荷能力，同時盡可能使負荷分配一致，這樣他們的運行頻率（速度）一致。這樣避免或減少其中一臺電機多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內。



其次降低工頻電源電壓

目前變頻器電源側一般采用不可控整流橋，電源電壓高，中間直流回路電壓也高，電源電壓為690V時，直流回路電壓分別為910V。塔什溝礦變頻器距離變壓器很近，變頻器輸入電壓高，對變頻器中間直流回路承受過電壓能力影響很大，在這種情況下，可以將變壓器的分接開關放置在高壓檔（10.5kV），通過適當降低電源電壓的方式，達到相對提高變頻器過電壓能力的目的。



結束語

在二象限電壓型高壓變頻器系統中，由于能量的不可逆特點，直流過電壓是她的一個弱點，尤其是在礦井皮帶機雙電機拖動系統中。關鍵是要分清原因，結合變頻器本身參數、控制系統狀況和工藝流程等情況，才能制定相應的對策。