煤礦井下真空饋電開關(guān)智能控制系統(tǒng)

趙慶飛

(山西晉城煤業(yè)集團(tuán) 寺河煤礦二號(hào)井， 山西 晉城 048000)

煤礦井下自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用水平的不斷提高，對(duì)井下供電系統(tǒng)的供電安全提出了更高的要求。由于井下工作環(huán)境惡劣、各類機(jī)械設(shè)備在頻繁啟動(dòng)過程中對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊，因此導(dǎo)致供電網(wǎng)絡(luò)在工作過程中極易出現(xiàn)故障，影響井下的供電安全性。真空饋電開關(guān)作為煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)的核心保護(hù)裝置，當(dāng)供電線路發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)將故障電路進(jìn)行隔離，防止事故擴(kuò)大，避免產(chǎn)生火災(zāi)或者爆炸等，其工作時(shí)的靈敏性和可靠性直接決定了煤礦井下供電系統(tǒng)的工作安全性和穩(wěn)定性[1]. 隨著各類用電設(shè)備對(duì)井下供電穩(wěn)定性和安全性要求的不斷提升，現(xiàn)有的真空饋電開關(guān)智能控制系統(tǒng)存在對(duì)故障反應(yīng)速度慢、安全性低、可靠性差的問題。本文提出了一種新的煤礦井下真空饋電開關(guān)智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用將故障監(jiān)測(cè)、信號(hào)采集、過程控制彼此分離的方案，有效提升了真空饋電開關(guān)在工作時(shí)的靈敏性和可靠性，可確保井下供電系統(tǒng)的供電安全性和可靠性。

1 饋電開關(guān)智能控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

真空饋電開關(guān)智能控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖見圖1[2].

圖1 真空饋電開關(guān)智能控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，該真空饋電開關(guān)智能控制裝置采用了將單級(jí)芯片和整體電量控制芯片相結(jié)合的整合控制方案，對(duì)該真空饋電開關(guān)的控制系統(tǒng)采用了雙回路、并行數(shù)據(jù)控制方案，將真空饋電開關(guān)工作過程中的交流數(shù)據(jù)采集和故障處理控制進(jìn)行分離，從不同的數(shù)據(jù)線路和控制芯片進(jìn)行分離控制，降低控制系統(tǒng)中單個(gè)芯片同時(shí)處理的數(shù)據(jù)量，有效提升了真空饋電開關(guān)的數(shù)據(jù)分析和處理速度，同時(shí)系統(tǒng)還能夠根據(jù)煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)各分支電路出現(xiàn)故障時(shí)的電流變化特征進(jìn)行故障自動(dòng)隔離和自適應(yīng)控制。當(dāng)出現(xiàn)供電異常時(shí)及時(shí)對(duì)異常原因進(jìn)行分析處理和調(diào)節(jié)，第一時(shí)間對(duì)故障進(jìn)行修復(fù)，系統(tǒng)中設(shè)置有多個(gè)互感器、濾波器等，能夠有效提升該真空饋電開關(guān)控制系統(tǒng)的控制靈敏性和有效性，提升系統(tǒng)整體的工作可靠性。

2 真空饋電開關(guān)的過載故障檢測(cè)和控制

煤礦井下用電設(shè)備多且復(fù)雜，在頻繁啟動(dòng)過程中會(huì)給供電網(wǎng)絡(luò)帶來極大的負(fù)荷波動(dòng)，在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生過載的情況，過載會(huì)導(dǎo)致供電網(wǎng)絡(luò)的電流值增加，線路溫度迅速上升，長(zhǎng)時(shí)間的過載將會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)線路絕緣層被燒化、電路起火等事故[3]. 短時(shí)間的過載則會(huì)導(dǎo)致供電線路的使用壽命降低，因此煤礦井下真空饋電開關(guān)智能控制系統(tǒng)需要能夠及時(shí)識(shí)別系統(tǒng)內(nèi)的過載異常，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)過載異常的有效抑制，確保井下供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行安全性。該真空饋電開關(guān)智能控制系統(tǒng)的防過載控制程序見圖2[4].

圖2 真空饋電開關(guān)防過載控制邏輯示意圖

由于線路允許過載的實(shí)際時(shí)間和過載倍數(shù)有密切的關(guān)系，過載倍數(shù)越大，線路能承受的安全時(shí)間越短，過載倍數(shù)越小，線路所能承受的安全時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，對(duì)煤礦井下供電系統(tǒng)工作時(shí)段的過載情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)能識(shí)別的最小過載倍數(shù)為1.05倍(過載因子δ=105)，最大過載倍數(shù)為額定電流值的6倍(過載因子δ=600)，因此在設(shè)定時(shí)以過載因子δ=105為下限值，設(shè)定真空饋電開關(guān)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。當(dāng)δ=105時(shí)設(shè)定動(dòng)作時(shí)間為120 s，當(dāng)δ=600時(shí)的動(dòng)作時(shí)間設(shè)置為8 s，確保在各種過載狀態(tài)下對(duì)供電線路保護(hù)的可靠性。

3 真空饋電開關(guān)的抗干擾設(shè)計(jì)

由于真空饋電開關(guān)的智能控制系統(tǒng)采用了單片機(jī)控制模式，對(duì)電流穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性要求較高，一旦出現(xiàn)電磁干擾就容易產(chǎn)生邏輯控制紊亂，影響真空饋電開關(guān)的控制精度。因此，必須在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行抗干擾性的設(shè)計(jì)。該真空饋電開關(guān)系統(tǒng)采用了低壓直流供電系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的強(qiáng)電和弱點(diǎn)進(jìn)行隔離，外側(cè)采用雙層屏蔽防電磁干擾外殼，有效提升真空饋電開關(guān)的抗干擾性，其抗干擾原理見圖3[5].

圖3 真空饋電開關(guān)抗干擾原理示意圖

由圖3可知，該抗干擾電路采用了強(qiáng)電和弱電完全隔離的結(jié)構(gòu)形式，系統(tǒng)的穩(wěn)壓模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸入直流電源的穩(wěn)壓，確保輸入工作電流的穩(wěn)定性，濾波電路則能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)的高頻干擾信號(hào)進(jìn)行過濾，降低高頻干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的影響，確保系統(tǒng)工作過程中的抗干擾效果。

4 結(jié) 論

1) 真空饋電開關(guān)智能控制裝置采用了將單級(jí)芯片和整體電量控制芯片相結(jié)合的整合控制方案，能夠有效提升真空饋電開關(guān)的數(shù)據(jù)分析和處理速度，當(dāng)出現(xiàn)供電異常時(shí)及時(shí)對(duì)異常原因進(jìn)行分析處理和調(diào)節(jié)，及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行修復(fù)。

2) 真空饋電開關(guān)智能控制系統(tǒng)能夠及時(shí)識(shí)別系統(tǒng)內(nèi)的過載異常，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)過載異常的有效抑制，確保井下供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行安全性。

3) 該真空饋電開關(guān)系統(tǒng)采用了低壓直流供電系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的強(qiáng)電和弱電進(jìn)行隔離，外側(cè)采用雙層屏蔽防電磁干擾外殼，具有極好的抗電磁干擾特性。