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      西山煤礦官地礦綜采設(shè)備保護(hù)設(shè)計(jì)

      2019-03-11 11:27:58
      山東煤炭科技 2019年2期
      關(guān)鍵詞:帶式采煤機(jī)皮帶

      侯 勇

      (西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司安監(jiān)局,山西 太原 030053)

      33421工作面是官地礦中的一個(gè)重要工作面,使用的設(shè)備主要包括液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載破碎機(jī)、皮帶順槽機(jī)、自動(dòng)移尾機(jī)、頭部帶式輸送機(jī)等。本文主要針對(duì)該工作面的電氣設(shè)備的工作特性,設(shè)計(jì)相應(yīng)的電氣保護(hù),保證綜采設(shè)備可以在生產(chǎn)過(guò)程中穩(wěn)定工作。

      1 井下供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      1.1 供電系統(tǒng)擬定原則

      33421綜采工作面設(shè)備、正巷皮帶及沿線絞車電源引自北大巷中央變電所。正常運(yùn)行時(shí),兩回線路分列運(yùn)行。工作面由兩趟6kV高壓線路送至井下供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則如下:

      在保證供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,將使用開(kāi)關(guān)、電纜的數(shù)量降至最低。

      在某一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,使用獨(dú)立的變壓器,當(dāng)綜采系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),方便系統(tǒng)故障的排查,對(duì)單電源進(jìn)線的采區(qū)變電所,當(dāng)其變壓器不超過(guò)兩臺(tái)且無(wú)高壓饋出線時(shí),通??刹辉O(shè)電源斷路器;而當(dāng)其變壓器超過(guò)兩臺(tái)并有高壓饋出線時(shí),則應(yīng)設(shè)進(jìn)線斷路器。采煤機(jī)是綜采設(shè)備的核心機(jī)械,為了保證其安全可靠的運(yùn)行,采用兩個(gè)變壓器供電,當(dāng)其中一臺(tái)變壓器出現(xiàn)故障時(shí),另一回路線路可以正常工作,保證其不斷電。變壓器的運(yùn)行方式選擇為分列運(yùn)行方式,因?yàn)楫?dāng)采用并列運(yùn)行時(shí),線路對(duì)地電流的增加會(huì)對(duì)安全造成威脅。一個(gè)開(kāi)關(guān)控制一個(gè)用電設(shè)備,針對(duì)大容量的用電機(jī)械,盡可能地將開(kāi)關(guān)靠近用電器。

      1.2 井下供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

      官地礦的煤礦供電系統(tǒng)電源主要來(lái)自北大巷中央變電所,通過(guò)兩臺(tái)變壓器,實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦綜采工作面設(shè)備、正巷皮帶及沿線絞車的供電,高壓側(cè)的電壓等級(jí)為6kV。通過(guò)兩臺(tái)移動(dòng)變壓器實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、乳化液泵的供電,兩臺(tái)變壓器的型號(hào)分別為:KBSGZY-3150/3.45(2#移動(dòng)變電站)、KBSGZY-1250/1.2(1#移動(dòng)變電站)。轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、乳化液泵的電壓等級(jí)為1140V,可以由1#移動(dòng)變電站供電;采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)的電壓等級(jí)為3300V,由2#移動(dòng)變電站供電。正巷皮帶及沿線絞車由兩臺(tái)干式變壓器供電,兩臺(tái)干變位于北四區(qū)集中配電點(diǎn)。供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1所示。

      圖1 供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

      1.3 短路保護(hù)設(shè)計(jì)

      本文所設(shè)計(jì)的礦井低壓電網(wǎng)綜合保護(hù)系統(tǒng)的三相短路保護(hù)采取相敏保護(hù)原理。在礦井中,供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式為中性點(diǎn)絕緣運(yùn)行方式,當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生三相短路故障時(shí),三相中的電壓電流大小相等,相位不同。相敏保護(hù)中的相位檢測(cè)電路設(shè)計(jì)如圖2所示,UBC'經(jīng)過(guò)電壓互感器PT,轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷盒盘?hào),之后經(jīng)過(guò)移相,可以得到B相的相電壓UB,通過(guò)波形轉(zhuǎn)換,得到周期為2П的正脈沖序列,B相的電流IB,經(jīng)過(guò)電流互感器和電流電壓的轉(zhuǎn)換后,再進(jìn)行波形變換,得到周期為2П的正脈沖序列。兩者經(jīng)過(guò)比相后,可以得到周期為П,脈寬為相位差的脈沖序。

      圖2 相位檢測(cè)硬件電路原理圖

      針對(duì)礦井低壓電網(wǎng)中的不對(duì)稱故障,可以提取出電網(wǎng)中的負(fù)序電流。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱短路故障時(shí),電路中的負(fù)序電流的幅值是正常電流幅值的倍。通過(guò)對(duì)負(fù)序電流值的判斷就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路中不對(duì)稱短路故障的判斷,進(jìn)而執(zhí)行動(dòng)作,切斷相關(guān)的斷路器。

      2 采煤機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)

      2.1 常見(jiàn)故障分析

      采煤機(jī)電氣部件故障原因主要有短路或者斷路、絕緣下降、電器元器件損壞、接地或者回路內(nèi)連接處的接觸不良甚至斷線脫焊等[1-3]。這些故障原因?qū)е碌墓收现饕凶冾l器不啟動(dòng)或運(yùn)行報(bào)錯(cuò)、截割電機(jī)不啟動(dòng)或在運(yùn)行時(shí)跳閘、傳輸機(jī)不啟動(dòng)、采煤機(jī)啟動(dòng)后自動(dòng)掉電或者保護(hù)開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作。按照電動(dòng)機(jī)故障發(fā)生部位的不同,故障可以被分為定子故障、轉(zhuǎn)子故障及軸承故障。

      2.2 基于Zigbee的采煤機(jī)保護(hù)流程

      采煤機(jī)電機(jī)電氣數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)ZigBee組網(wǎng)、網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及上位機(jī)界面的程序設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示等功能。ZigBee是一種短距離低功耗的通訊協(xié)議技術(shù),在無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸中,具有可靠性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),在媒體訪問(wèn)層上,IEEE802.15.4采用載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接入/沖突檢測(cè)(CSMA/CA)的策略,并且為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,有效地減少了數(shù)據(jù)的傳輸碰撞和重試發(fā)送[4-5]。

      采集系統(tǒng)的主控芯片采用MSP430芯片,可以用IAR軟件進(jìn)行編程,程序流程圖如圖3所示,ZigBee組網(wǎng)以后,通過(guò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā),最終數(shù)據(jù)是通過(guò)GPRS數(shù)據(jù)傳輸上傳給上位機(jī)。

      圖3 程序流程圖

      2.3 GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送模塊

      W3100G-EC型GPRS無(wú)線數(shù)傳產(chǎn)品采用透明傳輸/協(xié)議傳輸?shù)姆绞?,給用戶提供高速、可靠的虛擬專用數(shù)據(jù)通道網(wǎng)絡(luò)。用戶無(wú)需知道復(fù)雜的GPRS通訊原理和TCP/UDP協(xié)議,不用更改程序即可實(shí)現(xiàn)原有串口設(shè)備的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接,節(jié)省寶貴的時(shí)間和已有投資,可用于長(zhǎng)距離通信或控制,透明通訊。支持設(shè)置模式和協(xié)議通訊模式動(dòng)態(tài)切換??梢酝ㄟ^(guò)撥碼開(kāi)關(guān)選擇RS-232或者RS-485通訊。

      位于DTU后面板的天線接口,為SMA座(阻抗50Ω),用于連接天線,便于無(wú)線數(shù)據(jù)的收發(fā)。天線會(huì)提高信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度,保證DTU的通信質(zhì)量。

      3 帶式輸送機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)

      3.1 礦用皮帶保護(hù)總體設(shè)計(jì)

      礦用皮帶保護(hù)設(shè)計(jì)的主要目的是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和顯示,通過(guò)人機(jī)界面互動(dòng)操作帶式輸送機(jī)的工作模式,本文設(shè)計(jì)的皮帶保護(hù)方案,利用Stm32單片機(jī)作為核心芯片,集成了傳感器模塊、人機(jī)接口模塊和輸出控制模塊、通信擴(kuò)展模塊。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖4所示??刂葡涞墓╇婋妷簽?4V直流電壓供電,在控制箱的外圍搭載多個(gè)傳感器。針對(duì)煤礦井下的特殊環(huán)境,所有的元器件的防爆形式選擇為礦用隔爆兼本質(zhì)安全型。當(dāng)電器元件成為點(diǎn)燃源引起爆炸后產(chǎn)生的高溫高壓氣體,通過(guò)外殼的間隙減溫減壓排向外界,減溫減壓過(guò)的氣體不足以引起殼體外界的爆炸[6]。

      圖4 帶式輸送機(jī)保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      3.2 跑偏保護(hù)設(shè)計(jì)

      在官地礦的33421工作面,采用的帶式輸送機(jī)型號(hào)為SSJ-1200/2×315伸縮帶式輸送機(jī),在皮帶的運(yùn)輸過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)跑偏。當(dāng)運(yùn)輸角度出現(xiàn)偏離,則可能會(huì)導(dǎo)致皮帶的異常工作。針對(duì)這種異常情況,設(shè)計(jì)了帶式輸送機(jī)的跑偏保護(hù)。

      當(dāng)跑偏開(kāi)關(guān)的導(dǎo)桿偏離中心線30°±3°時(shí),跑偏開(kāi)關(guān)動(dòng)作并輸入到控制箱一定的電信號(hào),主機(jī)經(jīng)延時(shí)實(shí)現(xiàn)主機(jī)跑偏故障報(bào)警并保護(hù)停車。當(dāng)皮帶需要安裝多組跑偏開(kāi)關(guān)時(shí),跑偏開(kāi)關(guān)并聯(lián)安裝并有相應(yīng)的指示燈指示。其跑偏位置如圖5所示。

      圖5 跑偏位置

      4 結(jié)語(yǔ)

      本文針對(duì)西山煤礦官地礦的煤礦綜采設(shè)備進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)33421工作面的供電結(jié)構(gòu)和供電系統(tǒng)的擬定原則,設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)的相關(guān)保護(hù)。結(jié)合Zigbee組網(wǎng)技術(shù),設(shè)計(jì)采煤機(jī)的數(shù)據(jù)采集模塊,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示等功能,利用GPRS無(wú)線數(shù)傳產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。利用Stm32單片機(jī)作為核心芯片,集成了傳感器模塊,包括堆煤傳感器、煙霧傳感器、速度傳感器、跑偏傳感器、撕帶傳感器、溫度傳感器、張力傳感器。重點(diǎn)介紹跑偏傳感器的工作原理與實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

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