煤礦機械設(shè)備電氣自動化技術(shù)應用研究

余濤，梁浩棟

（1.杭州電子科技大學 浙江 杭州 310018）（2.陸良縣工業(yè)信息化和商務(wù)科技局 云南 陸良 655600）

0 引言

在過去很長一段時間內(nèi)，煤礦事故屢見報端，其中與機械設(shè)備有關(guān)的很高。近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，大量的機械設(shè)備都開始應用電氣自動化技術(shù)，并且取得了很好的效果，在促進煤礦企業(yè)發(fā)展方面立下了汗馬功勞。

1 電氣自動化技術(shù)在采掘機械設(shè)備方面的應用

不言而喻，煤礦采掘是煤礦生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，而且這一環(huán)節(jié)極易發(fā)生事故，可以說煤礦開采風險性極高。究其原因，一方面歸咎于煤礦開采的環(huán)境十分復雜，地下開采空間逼仄，地質(zhì)情況特殊，無法準確進行預測和判斷，也就是突發(fā)因素和可變因素極多，稍有差池就會前功盡棄，甚至影響整個地下的開采環(huán)境，進而導致井下作業(yè)陷入泥淖，那么勢必會威脅相關(guān)開采人員的生命安全。另一方面，與救援工作開展不力有關(guān)，因為發(fā)生意外情況，地面工作人員無法準確分析井下的事故原因，也就無法采取對應的救援措施，只能在可視范圍內(nèi)進行小規(guī)模的救援，無法挽回損失，也耽誤了最佳的救援時間。通過實現(xiàn)機械設(shè)備的自動化，無論是液壓牽引還是電牽引的方法，都顯著提高了采煤機的安全性，從而優(yōu)化采煤的環(huán)節(jié)。煤礦機械設(shè)備實現(xiàn)自動化的核心技術(shù)離不開計算機和傳感器，以液壓支架為例，通過結(jié)合相關(guān)的計算機技術(shù)，不僅能夠完成高壓大流量的作業(yè)，同時還能夠提升移動的速度，保證采掘工作有序展開，同時提高采掘效率。在電力牽引過程中，因為電源電壓一般在3500V左右，可以實現(xiàn)無鏈牽引，但是電機的牽引能力會隨著容量的升高而減弱，所以還需要系統(tǒng)地進行監(jiān)督，加強這方面的防護。在具體防護中主要還是通過PLC控制程序，對信息進行采集，參照預先的設(shè)計參數(shù)執(zhí)行相關(guān)的操作。

2 電氣自動化技術(shù)在運輸機械設(shè)備方面的應用

傳統(tǒng)的煤礦機械設(shè)備中運輸和提升方面的功能比較薄弱，而應用電氣自動化技術(shù)，可以對相關(guān)的設(shè)備實現(xiàn)DCS自動化控制，比如直流調(diào)速系統(tǒng)，在優(yōu)化煤礦運輸方面優(yōu)勢明顯。而在提升機中應用變頻技術(shù)，能夠降低機械設(shè)備的能耗，同時提高運行效率，進而節(jié)約生產(chǎn)成本，舉個簡單的例子，如果煤礦分布不均，那么在開采過程中難免會出現(xiàn)機械設(shè)備空轉(zhuǎn)的情況，就會耗費大量的能源，而通過應用變頻技術(shù)，對電機以及其他機械設(shè)備進行控制，能夠保證運輸機和提升機處于最佳的工作狀態(tài)，避免做無用功[1]。國產(chǎn)的SCR提升機主要是通過模擬線路這種方法對設(shè)備進行控制，同時一些斬波器的應用，使得自動化控制的水平更上一層樓，可以對DCS結(jié)構(gòu)進行控制，從而操作運輸設(shè)備，而且因為生產(chǎn)系統(tǒng)之間會有一定的連鎖功能，出現(xiàn)問題后，通過一個緩沖區(qū)間，可以進行調(diào)整，不會擴大事故的影響。

3 電氣自動化技術(shù)在變電站機械設(shè)備中的應用

眾所周知，所有的煤礦設(shè)備運行動力都與供電系統(tǒng)有著千絲萬縷的聯(lián)系，可以說實現(xiàn)了變電

站的自動化，也就夯實了機械設(shè)備電氣自動化的基礎(chǔ)，為進一步的應用和開發(fā)做好了鋪墊。

3.1 變電站運行情況

無論是5KV雙回線路、8KV單回線路，還是30KV三回線路，以及兩臺主變壓器，都屬于變電站的基本設(shè)備，由于煤礦設(shè)備方面的需求，一般而言，30KV線路普遍采取集中組合的方式，并且裝配保護裝置，及時傳遞信息。

3.2 變壓器保護設(shè)備

由于變壓器經(jīng)常會出現(xiàn)匝間短路的情況，為了有效應對此類故障，需要安裝綜合測控裝置，比如：MTPR-100SD，從而對于電流過大以及負載過多的情況起到一定的調(diào)節(jié)作用。另外，對于30KV這類線路，需要安裝微機線保護裝置，典型的微機線保護裝置是MMCU-10，從而對母線進行分段和轉(zhuǎn)換，尤其是保證不同的母線不產(chǎn)生關(guān)聯(lián)[2]。

3.3 計算機后臺管理

目前常見的比較先進的變電站自動化系統(tǒng)是WLD2100，很多煤礦企業(yè)都將其應用到計算機后臺的監(jiān)控和管理工作中，并且進行一系列的改進，比如：進行隔層設(shè)計，建立相應的監(jiān)控單元，并且全面收集煤礦開采的所有信息，進行統(tǒng)計處理和分析，之后記錄在案，如果出現(xiàn)異常，能夠發(fā)出警報。

4 電氣自動化技術(shù)在安全保障方面的應用

煤礦機械設(shè)備正常運行的基礎(chǔ)是有專門的關(guān)于機械設(shè)備的安全保障系統(tǒng)，也就是將電氣自動化引入到安全保障管理體系中，分析可能存在問題的數(shù)據(jù)，之后采取行之有效的措施排除安全隱患，降低機械設(shè)備的運行風險，從而保障煤礦的正常開采、挖掘和運輸。特別是對于井下作業(yè)而言，通過自動化技術(shù)可以全方位地了解和掌握井下數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)遠程控制，最大程度地保障煤礦環(huán)境的安全。2016年起，我國就從國外引進了諸多安全監(jiān)控系統(tǒng)，并且加大了這方面的研發(fā)和投入的力度，一些自主研發(fā)的安全監(jiān)控系統(tǒng)也得到了很好的應用。其中比較重要的元器件是傳感器，由于傳感器使用壽命較短，質(zhì)量不穩(wěn)定，在安全監(jiān)控方面制約了煤礦生產(chǎn)自動化的水平，加上一些操作人員在具體工作中疏忽大意，可能導致安全事故頻發(fā)，所以保證監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性是煤礦機械設(shè)備電氣自動化過程中需要解決的迫切問題。

5 電氣自動化技術(shù)在保護裝置中的應用

計算機技術(shù)的廣泛應用，使得煤礦機械設(shè)備中差動保護裝置的性能更加突出，這種利用數(shù)字算法從而保障機械設(shè)備正常工作的裝置操作十分簡單，后期維護成本也很低。常見的變壓器接線方式為11點接線方式，而相應的差動保護裝置的接線方式為Y/Y接線方式。但是在接線過程中很可能導致整個保護裝置兩側(cè)的電流相位差增大，可能達到30°，那么為了消除這種不利影響，可以采用單相實驗與三相實驗的方法，2種方法都能夠取得很好的效果，并且應用較為廣泛。單相實驗與三相實驗電流相位的不同之處如表1所示。

表1 單相與單相實驗電流相位

觀察2種接線方式可以發(fā)現(xiàn)，在△側(cè)加入A、C電流時，相位差在150°，而在Y側(cè)加入A相電流，只需要保證相位與△側(cè)相差150°即可，這樣也就達到了差動保護的目的。如果條件充分，可以相位差可以有規(guī)律地進行變化，比如30°、60°、90°、120°等。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，社會各行各業(yè)對于煤礦的需求量有增無減，將電氣自動化技術(shù)應用到煤礦機械設(shè)備中，不僅能夠保障生產(chǎn)安全，提高開采效率，同時還能夠增強煤礦企業(yè)的競爭力，促進整個行業(yè)的健康發(fā)展。