采煤机电牵引系统电磁兼容性研究

时间：2024-07-28

覃树强

（山西煤炭运销集团晋城有限公司，山西晋城 048026）

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。

图1 采煤机机载装置的设置图

（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]。