采煤機(jī)電牽引系統(tǒng)電磁兼容性研究

覃樹(shù)強(qiáng)

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)晉城有限公司，山西晉城 048026）

0 引言

煤礦井下有較多的機(jī)電設(shè)備，并且各個(gè)設(shè)備較為集中，再由于礦井內(nèi)巷道的空間較為狹窄、充斥著各種易爆炸的氣體、供電體系與地不相接等，導(dǎo)致電氣環(huán)境過(guò)于復(fù)雜。近些年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)電設(shè)施也日益完善，在礦井下的各個(gè)設(shè)備都開(kāi)始運(yùn)用變頻技術(shù)及以太網(wǎng)等各類先進(jìn)技術(shù)，這就對(duì)電磁的兼容性提出了更高的要求。基于此，確保礦井下各個(gè)系統(tǒng)不會(huì)因電磁干擾而受到破壞，如監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通信體系及機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制體系等，促使煤礦生產(chǎn)具備較強(qiáng)的安全性、高效性[1]。煤礦綜采工作面存在較多大功率的機(jī)電設(shè)備，如采煤設(shè)備、轉(zhuǎn)載設(shè)備、破碎設(shè)備等，對(duì)于礦井而言，電磁環(huán)境始終是其研究的核心，而采煤機(jī)是產(chǎn)生電磁干擾的關(guān)鍵來(lái)源，因此，對(duì)于采煤機(jī)所具備的電磁兼容性，必須進(jìn)行深入研究。此外，在采煤機(jī)的牽引電機(jī)中安裝變頻器是否會(huì)影響工作面的電機(jī)燒毀事故，該問(wèn)題也需要進(jìn)行深入研究。本文選擇電牽引采煤機(jī)來(lái)開(kāi)展研究。

1 綜采工作面配套設(shè)備

1.1 供電系統(tǒng)

綜采工作面所使用的電量是通過(guò)采區(qū)變電所所提供，其電力的傳輸主要是移動(dòng)變電站，其構(gòu)成設(shè)備主要有隔爆型移動(dòng)變壓器、隔爆型高壓開(kāi)關(guān)、隔爆型低壓饋電開(kāi)關(guān)[2]。該電壓為1 140 V，有些采煤機(jī)所運(yùn)用的電力為3 300 V和1 140 V相混合的形式。

1.2 采煤機(jī)

在綜采工作面中，其最重要的設(shè)備就是采煤機(jī)。該設(shè)備構(gòu)成部分主要為牽引部、電氣體系、輔助裝備等，安裝有機(jī)載的變壓器，分別有2臺(tái)牽引電機(jī)、截割電機(jī)及牽引變頻器，還有1臺(tái)油泵電機(jī)（完成滾筒的上升及降低），是導(dǎo)致工作面產(chǎn)生干擾的主要來(lái)源。截割單元的作用是承載割煤階段所出現(xiàn)的負(fù)載及沖擊負(fù)荷，需要損耗較大的功率。牽引部分的作用是對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行方向加以維持，其類型主要包括電、液壓及機(jī)械3種牽引?，F(xiàn)階段，變頻調(diào)速控制裝置在采煤機(jī)的牽引部分已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[3]。圖1所示為采煤機(jī)機(jī)載裝置的設(shè)置圖。

1.3 其他設(shè)備

（1）刮板輸送機(jī)。該設(shè)備所發(fā)揮的作用是承載工作面的運(yùn)輸，同時(shí)它還作為一個(gè)支點(diǎn)來(lái)推動(dòng)液壓支架的移動(dòng)。由于該設(shè)備具有相應(yīng)的特殊性，必須進(jìn)行反復(fù)開(kāi)啟及停止，處于重載的狀況下，啟動(dòng)該設(shè)備將會(huì)形成較大的沖擊電流，進(jìn)而造成電磁干擾的產(chǎn)生。

圖1 采煤機(jī)機(jī)載裝置的設(shè)置圖

（2）破碎機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)。前者主要用來(lái)粉碎較大的煤塊，有助于皮帶運(yùn)輸，大多安裝在轉(zhuǎn)載機(jī)的后方；后者主要是將皮帶與刮板輸送機(jī)進(jìn)行連接，其作用是對(duì)煤炭進(jìn)行運(yùn)輸及轉(zhuǎn)載，安裝于工作面的運(yùn)輸順槽中。

（3）帶式輸送機(jī)。在礦井的煤炭運(yùn)輸中，該設(shè)備有著極其關(guān)鍵的作用，由于其具備較大功率的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且運(yùn)用了有效的變頻調(diào)速機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速工作，進(jìn)而導(dǎo)致電磁干擾的產(chǎn)生。

（4）乳化液和噴霧的泵站[4]。前者作用在于為支架供液，促使支護(hù)設(shè)備的作用得以充分實(shí)現(xiàn)；后者是為采煤機(jī)的噴霧泵提供水源，促使采煤機(jī)完成內(nèi)外噴霧。

（5）無(wú)線通信體系。

2 綜采工作面諧波來(lái)源及形成機(jī)理

對(duì)于電磁而言，諧波是其產(chǎn)生干擾的關(guān)鍵來(lái)源。

2.1 電磁兼容性的涵義

根據(jù)我國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，電磁兼容性的涵義為：在該電磁環(huán)境下，設(shè)備或者系統(tǒng)可進(jìn)行正常的運(yùn)行，且不會(huì)對(duì)其他的事物造成電磁干擾的能力團(tuán)。其本質(zhì)在于產(chǎn)生干擾的來(lái)源所發(fā)射出的電磁能量，運(yùn)用有效的渠道將其傳輸至敏感裝置中[5]。

2.2 諧波來(lái)源

諧波的產(chǎn)生主要是因機(jī)電設(shè)備及負(fù)載工作的特征所決定，其產(chǎn)生的關(guān)鍵途徑為傳統(tǒng)的設(shè)備，如電力變壓器等，及現(xiàn)代化的電力變流裝置，例如逆變器等設(shè)備。其產(chǎn)生的因素主要由于以下幾點(diǎn)：（1）變壓器，該設(shè)備所具有的性能對(duì)電流波產(chǎn)生了一定的影響，導(dǎo)致其變化出現(xiàn)畸形狀況，而諧波的狀況隨著供電電壓的提升而越來(lái)越嚴(yán)重[6]；（2）電機(jī)，在該設(shè)備中，轉(zhuǎn)子與定子的線槽不具備對(duì)稱性，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)的相關(guān)裝置產(chǎn)生了諧波；（3）電力電子設(shè)施在進(jìn)行變流的過(guò)程中，使用PWM會(huì)導(dǎo)致諧波的出現(xiàn)。

2.3 諧波的危害

隨著諧波的產(chǎn)生，其負(fù)載溫度將會(huì)持續(xù)增加，導(dǎo)致設(shè)備損壞的速度加快，使有效阻值得以增加，進(jìn)而使通電裝置的功率及電能的損耗不斷增加。諧波的存在會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置的動(dòng)作產(chǎn)生錯(cuò)誤。目前。在變頻器中大多采取通信線纜的方式來(lái)連接相應(yīng)的通信裝置，其輸出的訊號(hào)為通信領(lǐng)域的專用，尤其是諧波會(huì)對(duì)保護(hù)動(dòng)作的信號(hào)產(chǎn)生干擾。由于受到諧波的影響，保護(hù)裝置也受到了極大的損壞，甚至?xí)a(chǎn)生相應(yīng)的電力事故。由于諧波的存在對(duì)輸入側(cè)電網(wǎng)造成了一定的影響，導(dǎo)致其供電質(zhì)量持續(xù)下滑，對(duì)其正常運(yùn)行造成了極大的阻礙；同時(shí)輸出側(cè)的用電設(shè)備也損耗了較多的能量，導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命不斷降低[7]。

3 采煤機(jī)變頻牽引系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生及防止措施

變頻器會(huì)產(chǎn)生較多的干擾，其整流及逆變的部分將會(huì)出現(xiàn)較多的諧波分量。在這兩個(gè)部分中含有較多的電力電子部件，在高頻率的背景下，這些部件可以對(duì)電力的連通與斷開(kāi)進(jìn)行控制，從而對(duì)壓力及頻率進(jìn)行有效地調(diào)節(jié)，在該過(guò)程中會(huì)不斷產(chǎn)生高頻脈沖信號(hào)。這就是導(dǎo)致該變頻體系產(chǎn)生諧波的主要因素，如圖2所示。

圖2 變頻器典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

對(duì)采煤機(jī)變頻體系所產(chǎn)生的諧波進(jìn)行治理的時(shí)候，可基于下列兩點(diǎn)內(nèi)容出發(fā)：（1）通過(guò)將相關(guān)的配套設(shè)備進(jìn)行完善，降低自動(dòng)化控制體系所產(chǎn)生的諧波，將電抗器或者濾波器安裝于變頻器中，以此對(duì)波形進(jìn)行吸收改善；（2）關(guān)注變頻器與工頻的設(shè)置及連接狀況，降低其所產(chǎn)生的干擾[8]。

目前，除了采煤機(jī)安裝了變頻牽引之外，其他的設(shè)備也相繼配置了變頻器，因此對(duì)于配置有多組變頻器的綜采工作面而言，必須對(duì)其所包含的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)綜采工作面的配套設(shè)備進(jìn)行總結(jié)，對(duì)產(chǎn)生諧波的來(lái)源及其機(jī)理進(jìn)行深入的研究。針對(duì)諧波所造成的危害，從改進(jìn)變頻器的配套設(shè)備、在變頻器內(nèi)安裝電抗器等各個(gè)方面出發(fā)提出有效的策略來(lái)管理牽引體系的諧波。