煤礦電氣設(shè)備自動化技術(shù)探討

楊志光

（陽煤（集團）中小企業(yè)集團陽泉新瑞昌機械有限公司， 山西 陽泉 045001）

引言

高效率是煤炭生產(chǎn)的宗旨，節(jié)能和環(huán)保是新形勢下的要求。隨著電氣自動化技術(shù)的興起，煤炭機械設(shè)備與電氣自動化技術(shù)的結(jié)合更加緊密，在電氣自動化技術(shù)背景下，煤炭的生產(chǎn)流程和方式發(fā)生了根本性改變。

1 電氣自動化技術(shù)的特點與優(yōu)勢

相比于傳統(tǒng)的煤炭機械技術(shù)，電氣自動化技術(shù)有諸多優(yōu)勢，例如，可以保證煤炭的生產(chǎn)效能?，F(xiàn)階段，煤炭的開采大多使用電牽引的方式，一般使用MG300/730-WD等多種型號的電牽引機器，有些煤炭開采的過程使用了多電機驅(qū)動的方式，依據(jù)交流異步電機的轉(zhuǎn)速原理，對采煤機進行變頻調(diào)速，電機的轉(zhuǎn)速往往與電源的頻率成反比，在電機極對數(shù)和滑差率相同的情況下，改變電源的頻率可以較好地調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。采煤機在無極調(diào)速交流變頻技術(shù)的支持下，可以直接無鏈驅(qū)動，大大地提高采煤效率?？刂葡到y(tǒng)的管理同樣需要電氣自動化的參與，采煤現(xiàn)場需要配備監(jiān)控控制系統(tǒng)，能夠在實時監(jiān)控的基礎(chǔ)上進行信息的反饋，進一步地提高采煤流程的控制效率[1]。

2 電氣自動化技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 在采掘設(shè)備中的應(yīng)用

橫向安置的多電機驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在采掘設(shè)備中，隨著生產(chǎn)能力的加強，裝機的容量正在逐漸擴大，總裝機功率已經(jīng)從1 000 kW逐漸擴大為1 500 kW，電機的牽引功率擴大為120 kW。交流電牽引電機廣泛應(yīng)用在煤炭采掘中，提高了設(shè)備的應(yīng)用效率，使煤炭設(shè)備的運轉(zhuǎn)更加穩(wěn)定高效。另外，機械的抗污能力較高，為后期的機械維護節(jié)約了成本。計算機作為自動化控制技術(shù)的核心，準確高效。煤炭的采掘過程同時運用了傳感技術(shù)和故障檢測技術(shù)。在輸送機的發(fā)展方面，一些先進的國家已經(jīng)漸漸實現(xiàn)重荷載化與多樣化，并應(yīng)用和推廣了雙速電機等先進設(shè)備。

為了更好保障采煤的安全，液體支架的操作中滲透了計算機控制內(nèi)容，使得電液控制更加準確，并能夠提供大流量的工業(yè)運輸，電液支架的移動速度明顯加快，提升了采煤效率[2]。

我國的煤炭采掘技術(shù)相對較為落后，一些運用交流電牽引的企業(yè)需要從海外購進各類電控元件，我國的眾多采煤生產(chǎn)廠商已經(jīng)著力研制大功率的采煤機械，上海煤科院生產(chǎn)出的MGTY400/900-3.3D變頻調(diào)速電牽引采煤機已經(jīng)逐步投入到采煤生產(chǎn)工作中。

2.2 在運輸設(shè)備中的應(yīng)用

很多煤炭企業(yè)已經(jīng)引進了集中監(jiān)控與直流調(diào)速的全數(shù)字系統(tǒng)，具有實效性和穩(wěn)定性的特點。應(yīng)用PLC方式可以保證全程操控煤炭運輸調(diào)控系統(tǒng)，煤炭運輸系統(tǒng)設(shè)置有監(jiān)控中心，通過計算機的自動化監(jiān)控，在保障煤炭生產(chǎn)高效能基礎(chǔ)上，降低了煤炭生產(chǎn)事故的發(fā)生率。

3 自動化變電站技術(shù)

通過計算機的綜合操控，煤炭電力系統(tǒng)發(fā)生突發(fā)故障時，變壓器的成套保護可以起到應(yīng)急作用，有效降低了短路造成的危害，在過流故障、短路故障等發(fā)生時，也可以進行保護。自動化變電站技術(shù)設(shè)置有后臺監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為通訊管理系統(tǒng)、后臺監(jiān)控微機與保護單元，監(jiān)控保護裝置中設(shè)置間隔層，具體負責傳達指令與監(jiān)控后臺設(shè)備的運行。

3.1 110 kV變電所工程概況

出線路3回，主變壓器3臺，采用線路變壓器組分段接線。母線短路電流水平25 kA，采用直線接地方式。

基于煤礦電力供應(yīng)與設(shè)備運轉(zhuǎn)的因素，主變壓器設(shè)計采用集中組屏方式，設(shè)置主監(jiān)控室，并控制后臺監(jiān)測系統(tǒng)，開關(guān)柜裝有6 kW保護裝置，通過RS485通訊接口向后臺監(jiān)控系統(tǒng)傳輸信息，節(jié)約空間、方便操作。

3.2 變壓器成套保護設(shè)備

主要裝置為變壓器差動保護裝置MTPR-110SD、綜合控制裝置MMCU-10H、變壓器后備保護裝置MTPR-035HB。在匝間短路與相間短路等多種變壓器故障發(fā)生時，可以通過變壓器成套保護設(shè)備實現(xiàn)安全應(yīng)急操作。該設(shè)備對變壓器過負荷、過流等危險狀況和溫度壓力釋放等故障也有保護作用。在110 kV線路保護中，使用MLPR-10H2型微機線保護設(shè)備，具體組成部分有三段式過電流保護、單相接地保護與后加速保護。系統(tǒng)中設(shè)置有低電壓保護設(shè)備MOTS-10H和微機型PT切換裝置。加雙母線或單母線分段主接線方式下的PT轉(zhuǎn)化得以實現(xiàn)。設(shè)備具有兩段母線的測量保護，可以自由切換，沒有關(guān)聯(lián)的母線也可以實現(xiàn)監(jiān)控控制與低壓保護。

3.3 后臺計算機監(jiān)控系統(tǒng)

珠海萬力達生產(chǎn)的WLD2100變電站是當前國內(nèi)較為穩(wěn)定的變電站系統(tǒng)，監(jiān)控保護單元使用隔層設(shè)計，通訊的中心是通訊計算機，可以與網(wǎng)絡(luò)通行層的設(shè)備進行通訊規(guī)約轉(zhuǎn)換，有效監(jiān)控后臺計算機的運行，傳達上級指令。后臺監(jiān)控計算機（站控管理層）能夠?qū)ΜF(xiàn)場采集和保護設(shè)備發(fā)出的相關(guān)信息進行全面統(tǒng)計、分析、顯示、打印。能夠根據(jù)安全情況發(fā)出警報。計算機技術(shù)有遠程控制功能和數(shù)據(jù)處理功能，有效的提高了整個變電站的自動化水平。

4 煤炭企業(yè)自動化技術(shù)平臺的構(gòu)建

使用最先進的自動化產(chǎn)品，構(gòu)建三層網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)，保證采煤、運輸、煤炭加工、安全、水電安全系統(tǒng)等能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制[3]。

自動化控制系統(tǒng)分為控制層、設(shè)備層物理結(jié)構(gòu)和控制層物理結(jié)構(gòu)三個層次，其中，控制基礎(chǔ)信息層是基于以太網(wǎng)開放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TP技術(shù)。管理層利用計算機等對煤炭企業(yè)中各類信息進行實時了解，實現(xiàn)企業(yè)的統(tǒng)一調(diào)度管理。

煤炭企業(yè)自動化控制系統(tǒng)控制層包括了現(xiàn)場操作員站、DOS現(xiàn)場控制站、中央控制站和就地控制站等，自動化控制系統(tǒng)設(shè)備層通過網(wǎng)絡(luò)連接地層現(xiàn)場的設(shè)備，包括現(xiàn)場儀器儀表的連接，遠程I/0站。

煤炭企業(yè)自動化控制系統(tǒng)簡單結(jié)構(gòu)如下：企業(yè)調(diào)度中心的指揮人員使用大屏幕進行調(diào)度，并實時把握公司的各項基礎(chǔ)信息，在上述系統(tǒng)的情況下對企業(yè)進行全方位的調(diào)度與指揮。企業(yè)的生產(chǎn)控制中心是企業(yè)各個生產(chǎn)職能部門的控制中心，可以通過專人對其中生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行控制。首先，發(fā)布命令給其他各個分控制系統(tǒng)，對煤礦的各個系統(tǒng)設(shè)備的運行情況進行監(jiān)控，其次，對全部的電氣設(shè)備實現(xiàn)地面控制與監(jiān)視，在無人值守的情況下，促進煤炭整體管控一體化的目標。

5 結(jié)語

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣設(shè)備自動化技術(shù)已經(jīng)滲透到了煤炭生產(chǎn)環(huán)節(jié)的方方面面。首先，煤炭采掘設(shè)備的自動化程度加大，采煤技術(shù)更加穩(wěn)定、精確。其次，煤礦運輸和變電站等自動化系統(tǒng)的應(yīng)用極大提高了煤炭的生產(chǎn)加工效率，保障了煤炭工程的穩(wěn)定運行。遙測儀、紅外線設(shè)備等諸多傳感技術(shù)的應(yīng)用大大提高了煤礦設(shè)備的安全性能。

參考文獻

[1]符志強.煤炭生產(chǎn)機械設(shè)備中電氣自動化技術(shù)的運用[J].山東煤炭科技，2017（3）：117-118.

[2]賈瑛.煤礦機械設(shè)備電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用研究[J].科技與企業(yè)，2013（13）：137.

[3]謝運動.機械設(shè)備電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用研究[J].科技傳播，2013（5）：105-106.