采煤机电牵引系统电磁兼容性研究.pdf

收稿日期2019－05－20 采煤机电牵引系统电磁兼容性研究 覃树强 （山西煤炭运销集团晋城有限公司， 山西晋城048026） 摘要由于矿井采煤工作面生产环境复杂，且操作空间具有一定局限性，因此对井下电磁干扰的检测相对较困难，而电磁干扰现象时常会 影响矿井采煤工作面机电设备的正常运行。对此，为提高矿井电牵引采煤机的电磁兼容性，基于综采工作面主要用到的机电设备，分析了 矿井采煤工作面谐波的主要来源及产生机理，指出了谐波的危害及谐波是电磁干扰的主要来源，并针对采煤机变频牵引系统谐波的产生原 因，提出了一系列治理采煤机电牵引系统谐波的措施，以供同行参考。 关键词采煤机；电牵引系统；谐波；电磁兼容性 中图分类号TD611文献标志码A文章编号1009－9492 2020 01－0079－02 Research on Electromagnetic Compatibility of Coal Mining Electromechanical Traction System YU Shuqiang （Shanxi Coal Transportation and Marketing Group Jincheng Co.， Ltd.， Jincheng， Shanxi 048026， China） AbstractDue to the complex production environment and limited operation space， it is relatively difficult to detect the electromagnetic interference， which often affects the normal operation of mechanical and electrical equipment. In order to improve the electromagnetic compatibility of the electric haulage shearer in the mine， based on the main mechanical and electrical equipment used in the comprehensive mining face， the main sources and generating mechanism of the harmonic in the mining face were analyzed， it was pointed out that the harm of the harmonic and the harmonic were the main sources of the electromagnetic interference， and in view of the causes of harmonic in the frequency conversion traction system of shearer， a series of measures were put forward to control the harmonic in the traction system of shearer for reference. Key wordsshearer； electric traction system； harmonic； electromagnetic compatibility DOI 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2020. 01. 029 第49卷第01期Vol.49No.01 机电工程技术 MECHANICAL ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGY 覃树强. 采煤机电牵引系统电磁兼容性研究［J］. 机电工程技术，2020，49（01） 79-80. 0 引言 煤矿井下有较多的机电设备，并且各个设备较为集 中，再由于矿井内巷道的空间较为狭窄、充斥着各种易爆 炸的气体、供电体系与地不相接等，导致电气环境过于复 杂。近些年来，随着电力电子技术的不断发展，机电设施 也日益完善，在矿井下的各个设备都开始运用变频技术及 以太网等各类先进技术，这就对电磁的兼容性提出了更高 的要求。基于此，确保矿井下各个系统不会因电磁干扰而 受到破坏，如监测系统、通信体系及机电设备的自动化控 制体系等，促使煤矿生产具备较强的安全性、高效性[1]。 煤矿综采工作面存在较多大功率的机电设备，如采煤设 备、转载设备、破碎设备等，对于矿井而言，电磁环境始 终是其研究的核心，而采煤机是产生电磁干扰的关键来 源，因此，对于采煤机所具备的电磁兼容性，必须进行深 入研究。此外，在采煤机的牵引电机中安装变频器是否会 影响工作面的电机烧毁事故，该问题也需要进行深入研 究。本文选择电牵引采煤机来开展研究。 1 综采工作面配套设备 1.1 供电系统 综采工作面所使用的电量是通过采区变电所所提 供，其电力的传输主要是移动变电站，其构成设备主要有 隔爆型移动变压器、隔爆型高压开关、隔爆型低压馈电开 关 [2]。该电压为 1 140 V，有些采煤机所运用的电力为 3 300 V和1 140 V相混合的形式。 1.2 采煤机 在综采工作面中，其最重要的设备就是采煤机。该设 备构成部分主要为牵引部、电气体系、辅助装备等，安装 有机载的变压器，分别有2台牵引电机、截割电机及牵引 变频器，还有1台油泵电机 （完成滚筒的上升及降低） ， 是导致工作面产生干扰的主要来源。截割单元的作用是承 载割煤阶段所出现的负载及冲击负荷，需要损耗较大的功 率。牵引部分的作用是对采煤机的运行方向加以维持，其 类型主要包括电、液压及机械3种牵引。现阶段，变频 调速控制装置在采煤机的牵引部分已经得到了广泛的应 用[3]。图1所示为采煤机机载装置的设置图。 1.3 其他设备 （1）刮板输送机。该设备所发挥的作用是承载工作面 的运输，同时它还作为一个支点来推动液压支架的移动。 由于该设备具有相应的特殊性，必须进行反复开启及停 止，处于重载的状况下，启动该设备将会形成较大的冲击 电流，进而造成电磁干扰的产生。 79 （2） 破碎机与转载机。前者主要用来粉碎较大的煤 块，有助于皮带运输，大多安装在转载机的后方；后者主 要是将皮带与刮板输送机进行连接，其作用是对煤炭进行 运输及转载，安装于工作面的运输顺槽中。 （3）带式输送机。在矿井的煤炭运输中，该设备有着 极其关键的作用，由于其具备较大功率的电机驱动，并且 运用了有效的变频调速机制，以实现调速工作，进而导致 电磁干扰的产生。 （4）乳化液和喷雾的泵站[4]。前者作用在于为支架供 液，促使支护设备的作用得以充分实现；后者是为采煤机的 喷雾泵提供水源，促使采煤机完成内外喷雾。 （5）无线通信体系。 2 综采工作面谐波来源及形成机理 对于电磁而言，谐波是其产生干扰的关键来源。 2.1 电磁兼容性的涵义 根据我国的相关标准，电磁兼容性的涵义为在该电磁 环境下，设备或者系统可进行正常的运行，且不会对其他的 事物造成电磁干扰的能力团。其本质在于产生干扰的来源所 发射出的电磁能量，运用有效的渠道将其传输至敏感装置中[5]。 2.2 谐波来源 谐波的产生主要是因机电设备及负载工作的特征所决 定，其产生的关键途径为传统的设备，如电力变压器等， 及现代化的电力变流装置，例如逆变器等设备。其产生的 因素主要由于以下几点 （1）变压器，该设备所具有的性 能对电流波产生了一定的影响，导致其变化出现畸形状 况，而谐波的状况随着供电电压的提升而越来越严重[6]； （2） 电机，在该设备中，转子与定子的线槽不具备对称 性，进而导致电机的相关装置产生了谐波； （3）电力电子 设施在进行变流的过程中，使用PWM会导致谐波的出现。 2.3 谐波的危害 随着谐波的产生，其负载温度将会持续增加，导致设 备损坏的速度加快，使有效阻值得以增加，进而使通电装 置的功率及电能的损耗不断增加。谐波的存在会导致保护 装置的动作产生错误。目前。在变频器中大多采取通信线 缆的方式来连接相应的通信装置，其输出的讯号为通信领 域的专用，尤其是谐波会对保护动作的信号产生干扰。由 于受到谐波的影响，保护装置也受到了极大的损坏，甚至 会产生相应的电力事故。由于谐波的存在对输入侧电网造 成了一定的影响，导致其供电质量持续下滑，对其正常运 行造成了极大的阻碍；同时输出侧的用电设备也损耗了较 多的能量，导致设备的使用寿命不断降低[7]。 3 采煤机变频牵引系统谐波的产生及防止措施 变频器会产生较多的干扰，其整流及逆变的部分将会 出现较多的谐波分量。在这两个部分中含有较多的电力电 子部件，在高频率的背景下，这些部件可以对电力的连通 与断开进行控制，从而对压力及频率进行有效地调节，在 该过程中会不断产生高频脉冲信号。这就是导致该变频体 系产生谐波的主要因素，如图2所示。 对采煤机变频体系所产生的谐波进行治理的时候，可 基于下列两点内容出发 （1）通过将相关的配套设备进行 完善，降低自动化控制体系所产生的谐波，将电抗器或者 滤波器安装于变频器中，以此对波形进行吸收改善； （2）关 注变频器与工频的设置及连接状况，降低其所产生的干扰[8]。 目前，除了采煤机安装了变频牵引之外，其他的设备 也相继配置了变频器，因此对于配置有多组变频器的综采 工作面而言，必须对其所包含的设备进行改进与优化。 4 结束语 通过对综采工作面的配套设备进行总结，对产生谐波 的来源及其机理进行深入的研究。针对谐波所造成的危 害，从改进变频器的配套设备、在变频器内安装电抗器等 各个方面出发提出有效的策略来管理牵引体系的谐波。 参考文献 ［1］钟原原.电牵引采煤机变频器的改进［J］.机械管理开 发，2019（03） 11-13. ［2］高平.低压智能电器PCB电磁兼容设计准则［J］.电气 时代，2019（04） 55-57. ［3］唐鹏.设备电磁兼容性提升方法的研究［J］.通信电源 技术，2019（04） 22-24. ［4］李彦林.提高电子工程电磁兼容性的方法探讨［J］.中 国标准化，2019（08） 33-35. ［5］陈岳承，李雄伟，刘树中.大型测试设备验收中电磁兼容 性测试方案探讨［J］.自动化应用，2019（03） 40-42. ［6］李康旭，李东辉.牵引变流器电磁兼容研究现状［J］. 变频器世界，2019（03） 66-68. ［7］成伟兰.系统电磁兼容性安全裕度实现［J］.安全与电 磁兼容，2019（01） 50-53. ［8］任晓妮，黄国兵，杜峰，等.FTU的层次化抗电磁干扰解决 方案［ J ］.单片机与嵌入式系统应用，2019（ 01 ） 22-24. 作者简介覃树强 （1990-） ，男，重庆大足人，大学本 科，助理工程师。研究领域为电气工程及其自动化。 （编辑 麦丽菊） 图1采煤机机载装置的设置图 图2变频器典型拓扑结构图 2020年01月机 电 工 程 技 术第49卷第01期 80