淺析煤礦主通風(fēng)機(jī)房直流電源系統(tǒng)改造

李偉

【摘 要】以楊柳煤礦主通風(fēng)機(jī)房為例，在現(xiàn)有HYZ系列直流屏的基礎(chǔ)上，再增加一套備用直流電源，提高應(yīng)對直流屏故障或損壞等風(fēng)險(xiǎn)的能力，確保主通風(fēng)機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】主通風(fēng)機(jī)；直流屏；整流電路；電容濾波

0.引言

直流屏是直流電源操作系統(tǒng)的簡稱。高壓開關(guān)柜的電力操作電源現(xiàn)今采用的都是直流電源，它為控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷以及直流事故照明負(fù)荷等提供電源，是當(dāng)代電力系統(tǒng)控制、保護(hù)的基礎(chǔ)。直流屏作為一個(gè)獨(dú)立的電源，它不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，主要為高壓開關(guān)柜的直流操作機(jī)構(gòu)的開關(guān)分、合閘，保護(hù)、控制回路，事故跳閘，應(yīng)急照明等提供直流電源。

1.現(xiàn)狀分析

直流屏的組成：

直流屏由交配電單元、充電模塊單元、降壓硅鏈單元、直流饋電單元、配電監(jiān)控單元、監(jiān)控模塊單元及絕緣監(jiān)測單元組成。

楊柳煤礦主通風(fēng)機(jī)房高壓開關(guān)柜的電力操作電源采用的是HYZ系列直流屏，其輸入額定電壓：AC380V，三相四線制，兩路電源輸入；輸出額定電壓：DC220V；輸出電流：控制母線（KM）5A。該直流屏電壓失真度小、效率高、穩(wěn)壓穩(wěn)流精度高、紋波系數(shù)小、穩(wěn)定可靠。

如果直流屏交配電單元或充電模塊單元等出現(xiàn)故障或損壞，就會(huì)使高壓開關(guān)柜直流操作機(jī)構(gòu)的開關(guān)分、合閘，保護(hù)、控制回路、事故跳閘等立即失去直流操作電源，導(dǎo)致造成礦井主通風(fēng)機(jī)停機(jī)事故，如果不能短時(shí)間內(nèi)手動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，就會(huì)造成礦井瓦斯超限事故，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)，這一點(diǎn)在楊柳煤礦（高瓦斯礦井）顯得尤為重要。

針對上述直流屏這種情況，可以考慮增加一套備用直流電源，確保在直流屏出現(xiàn)故障或損壞時(shí)能保證不間斷供電，確保主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠、安全。如果再安裝一套直流屏裝置作為備用電源，其成本較高，同時(shí)造成資源浪費(fèi)，基于增加備用直流電源這個(gè)思路，綜合考慮成本、安全可靠性，確立了對現(xiàn)有直流屏裝置進(jìn)行改造的方案，為其增加一路直流電源。

2.改造思路

（1）利用主通風(fēng)機(jī)房現(xiàn)有的U1=AC220V電源，按照圖1進(jìn)行接線，可得變壓器二次側(cè)U2=AC170V。

整流電路的輸出電壓不是純粹的直流，波形中含有較大的脈動(dòng)成分，為獲得比較理想的直流電壓，需要并聯(lián)一個(gè)具有儲(chǔ)能作用的電抗性元件如電容器（450V、470uF）組成的濾波電路來濾除整流電路輸出電壓中的脈動(dòng)成分以獲得直流電壓。

如圖2所示，設(shè)初始時(shí)電容電壓UC為零。接通電源后，二極管導(dǎo)通，整流電源同時(shí)向電容充電和向負(fù)載提供電流，輸出電壓的波形是正弦形。在t1時(shí)刻，即達(dá)到u2峰值時(shí)，U2開始以正弦規(guī)律下降，此時(shí)二極管是否關(guān)斷，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。

先設(shè)達(dá)到90°后，二極管關(guān)斷，那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載放電，從而維持一定的負(fù)載電流。但是90°后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降 的速率小，所以超過90°以后有一段時(shí)間二極管仍然承受正向電壓，二極管導(dǎo)通。隨著U2的下降，正弦波的下降速率越來越快，UC 的下降速率越來越慢。所以在超過90°后的某一點(diǎn)，如圖2中的t2時(shí)刻，二極管開始承受反向電壓，二極管關(guān)斷。此后只有電容器C向負(fù)載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一個(gè)半周的正弦波來到，U2再次超過UC，如圖2的t3時(shí)刻，二極管重又導(dǎo)電。以上過程電容器的放電時(shí)間常數(shù)為：τd=RC.

電容濾波一般負(fù)載電流較小，可以滿足td較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸出脈動(dòng)系數(shù)S小，輸出平均電壓UO（AV）大，具有較好的濾波特性。

整流后加上濾波電容在不帶負(fù)載時(shí)電壓因?yàn)榧由蠟V波測得的電壓是含有脈動(dòng)成分的峰值電壓，加上負(fù)載后就是平均值，計(jì)算：峰值電 壓=1.414×理論輸出電壓，u0=uC==216.3v，電路輸出維持一個(gè)恒定值。

（2）將經(jīng)過整流、濾波的直流電并聯(lián)在直流電源母線+KM、-KM上，作為備用電源；同時(shí)，為了確保主、備兩套直流電源的互不干擾，在兩套輸入直流電源輸出端各增加兩個(gè)二極管，利用二極管兩端承受反向電壓時(shí)，處于截止?fàn)顟B(tài)，能保證任一直流電源損壞時(shí)或短路時(shí)，直流母線的電壓不變，確保系統(tǒng)不間斷供電，提高主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性。

3.效果分析

針對主通風(fēng)機(jī)房直流電源系統(tǒng)改造，增加備用電源系統(tǒng)，讓主通風(fēng)機(jī)直流電源實(shí)現(xiàn)雙保險(xiǎn)，上述改造思路簡潔、清晰，經(jīng)過較長時(shí)間的實(shí)施使用及檢測，效果良好，提供的電源穩(wěn)定、波動(dòng)??；同時(shí)這套備用電源裝置成本低，作為備用電源日常檢修、維護(hù)力度小。 [科]