EML340 連續(xù)采煤機(jī)電氣系統(tǒng)故障分析與診斷

唐會成

（中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，山西太原 030006）

0 引言

近十年隨著煤礦采掘設(shè)備機(jī)械化、自動化技術(shù)的發(fā)展，中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院研制的EML340 連采機(jī)在陜西、內(nèi)蒙等礦區(qū)得到廣泛的應(yīng)用，積累應(yīng)用超過100 臺，其廣泛的煤層適應(yīng)性，巷道掘進(jìn)的高效性，達(dá)到國際先進(jìn)水平。EML340 電氣控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)復(fù)雜，自動化功能完善，對設(shè)備維護(hù)人員提出更多的要求，在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障而無法得到解決，造成設(shè)備停機(jī)。

EML340 連采機(jī)電控系統(tǒng)本身帶有故障診斷功能，可通過HMI 顯示內(nèi)容，進(jìn)行故障的排查，但由于各工作面使用工況不同，引起故障的原因也是多方面，檢測人員技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)不同，經(jīng)常造成故障無法正確診斷，找不到造成故障的根本原因，結(jié)合連采機(jī)多年使用情況，通過研發(fā)人員與售后人員的反饋信息，并結(jié)合連采機(jī)電控系統(tǒng)特點(diǎn)對連采機(jī)電控系統(tǒng)常見問題進(jìn)行分析，給對各種故障理論分析，并提出相應(yīng)的解決辦法，有助于使用者快速排除連采機(jī)電氣故障，提高設(shè)備的使用效率[1]。

1 EML340 連采機(jī)電控系統(tǒng)概述

EML340 型連續(xù)采煤機(jī)總裝機(jī)功率約為600 kW，連采機(jī)電氣系統(tǒng)由KXJ-500/1140E 隔爆兼本質(zhì)安全型電氣控制箱、BPB-2×50/1140 礦用隔爆型低壓交流變頻器、ZH2-10 礦用本質(zhì)安全型變阻器、FBG-400/1140 礦用隔爆型電氣隔離箱、FJYS-40II 隔爆兼本質(zhì)安全型遙控接收機(jī)、XB-24 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型顯示箱、CXB-36C 隔爆型操作箱及外部各種傳感器等組成。連采機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

KXJ-500/1140E 隔爆兼本質(zhì)安全型電氣控制箱主要控制截割部、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)；BPB-2×50/1140 礦用隔爆型低壓交流變頻器控制牽引機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)割煤、裝煤、機(jī)器行走以及除塵等功能[2]。

2 連采機(jī)常見故障

2.1 主回路故障

圖1 連采機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

主回路即電機(jī)控制回路故障，常見故障有電機(jī)啟動運(yùn)行前的回路漏電閉鎖保護(hù)以及電機(jī)運(yùn)行中的電機(jī)過載、過熱、缺相保護(hù)，主回路的電氣保護(hù)功能為正常運(yùn)行提供基礎(chǔ)，確保主回路發(fā)生故障時(shí)及時(shí)切斷供電電源，保護(hù)設(shè)備及人身安全。

2.1.1 運(yùn)行前檢測

漏電閉鎖保護(hù)，操作箱發(fā)出“X 回路”啟動命令，主控箱PLC接收“X 回路”啟動命令，PLC 數(shù)字量輸出模塊Q 點(diǎn)閉合，綜合保護(hù)器相應(yīng)回路漏電閉鎖檢測單元繼電器吸合，漏電閉鎖檢測模塊檢測該回路接觸器輸出側(cè)到電機(jī)供電回路的絕緣狀態(tài)，當(dāng)絕緣阻值低于40 kΩ，主控PLC 將中止電機(jī)啟動，同時(shí)HMI 顯示器為提示“X 回路漏電閉鎖”；如絕緣阻值高于40 kΩ，PLC 將驅(qū)動語音報(bào)警裝置預(yù)警“X 回路電機(jī)啟動，請注意”，報(bào)警結(jié)束后PLC 將驅(qū)動“X 回路”繼電器，使該回路接觸器線圈得電，接觸器吸合“X 回路電機(jī)”運(yùn)行。

漏電閉鎖故障檢測分析:

（1）當(dāng)發(fā)生“X 回路漏電閉鎖”保護(hù)時(shí)，首先確定綜合保護(hù)器及PLC 檢測的開關(guān)量輸入模塊是否完好，同時(shí)檢查檢測回路電纜是否有松動，可以通過切換HMI 顯示界面，查看PLC 漏電閉鎖檢測輸入點(diǎn)狀態(tài)，PLC 輸入點(diǎn)狀態(tài)指示燈為“綠色”表明漏電閉鎖保護(hù)檢測回路正常；如果PLC 輸入點(diǎn)狀態(tài)指示燈為“紅色”，并且檢測回路電纜沒有松動，則是漏電閉鎖檢測模塊本身損壞，需更換新的檢測模塊。

（2）檢測回路通過HMI 查看狀態(tài)正常，則漏電閉鎖故障可能是真實(shí)存在，可通過拆下接線盒內(nèi)接線柱的電機(jī)供電電纜，用2500 V 絕緣檢測搖表，分別檢測電機(jī)供電電纜到電機(jī)的絕緣，如果絕緣低于標(biāo)準(zhǔn)值，則打開電機(jī)接線盒拆下電纜，分別檢測電機(jī)對地及電機(jī)對地的絕緣組值，就可以確定是供電電纜的問題還是電機(jī)本身絕緣問題；此外電控箱接觸器輸出側(cè)到接線盒接線柱供電線路絕緣由于連采機(jī)長期工作在井下潮濕環(huán)境中，也會出現(xiàn)絕緣水平的下降，可在主腔和接線腔內(nèi)放置干燥劑，并定期更換[3]。

（3）按照上述檢測方法檢測，都會快速檢測到具體的故障原因，極少情況漏電閉鎖保護(hù)原因可能是主接觸器本身絕緣阻值低，或是主回路阻容吸引引起的漏電閉鎖保護(hù)。

2.1.2 運(yùn)行中的故障

主回路電機(jī)正常啟動并運(yùn)行，造成電機(jī)運(yùn)行過程的停機(jī)的保護(hù)，電機(jī)運(yùn)行保護(hù)功能通過三相電流變送器檢測電機(jī)運(yùn)行電流，PLC 實(shí)時(shí)采集，控制程序通過PLC 采集電流對運(yùn)行中的電機(jī)進(jìn)行狀態(tài)檢測，并做相應(yīng)的保護(hù)。

電機(jī)過載保護(hù)分析:

（1）電機(jī)過載保護(hù)原理，電機(jī)三相供電回路的電流變送器與PLC 模擬量擴(kuò)展模塊連接，電流變送器將電機(jī)實(shí)時(shí)電流值轉(zhuǎn)化成DC 2～10 V 標(biāo)準(zhǔn)電壓值，PLC 模擬量擴(kuò)展模塊將采集的信號轉(zhuǎn)化成PLC 可識別的數(shù)字理信號，通過反時(shí)限保護(hù)曲線，設(shè)置電機(jī)在1.2 倍、1.5 倍、2 倍、3 倍等不同過載程序的保護(hù)時(shí)間。

（2）造成電機(jī)過載保護(hù)的原因大部分是由于負(fù)載突變引起的，連采機(jī)的截割和裝運(yùn)過程井刀過深，煤炭大理堆積到裝運(yùn)鏟板，造成電機(jī)過載保護(hù)。

（3）無重載生產(chǎn)過程中出現(xiàn)過載保護(hù)，可通過萬用表檢測電流變送器輸出電壓值是否正常，判斷電流變送器是否損壞，同時(shí)切換HMI 顯示界面，查看PLC 模塊量輸入模塊原始值，當(dāng)電機(jī)沒有啟動時(shí)變送器輸出DC 2 V 電壓，HMI 顯示對應(yīng)數(shù)字量為6554，如果三個電流變送器檢測電壓值偏差過大，可能是電流變送器損壞，如果電壓值是2 V 而HMI 顯示的模塊量擴(kuò)展模塊數(shù)字與6554 相差過大，則可能是擴(kuò)展模塊損壞。

電機(jī)缺相保護(hù)分析:

（1）電機(jī)缺相保護(hù)檢測硬件與電機(jī)過載保護(hù)相同，只是程序檢測算法不同，檢測原理是電機(jī)正常運(yùn)行后，PLC 檢測三相電流變送器電壓值，通過程序算法，當(dāng)電機(jī)三相電流最小一相小于三相電流平均值的50%或電機(jī)啟動后某一相電流為零。

（2）缺相保護(hù)的原因，首先排查供電電源，確保前級供電開關(guān)的隔離開關(guān)、接觸器無故障，即連采機(jī)主控箱接受的三相電壓沒有缺相。排除供電缺相，當(dāng)主回路接觸器吸合電機(jī)運(yùn)行，出現(xiàn)“X 回路缺相保護(hù)”，可通過萬用表檢測電流變送器輸出的電壓值，同時(shí)切換顯示界面查看電流變送器對應(yīng)數(shù)字量，判斷是否是電流變送器損壞，如果電流變送器正常，則造成電機(jī)運(yùn)行缺相的原因可能是真空接觸器真空管觸頭不能可靠吸合，最后還需要考慮電機(jī)本身問題[4]。

2.2 控制回路故障

控制回路主要包括ELM340 連采機(jī)外圍弱電電氣元件，如ZH2-10 礦用本質(zhì)安全型變阻器、礦用隔爆型急停按鈕，F(xiàn)JYS-40II 隔爆兼本質(zhì)安全型遙控接收機(jī)、XB-24 礦用隔爆兼本質(zhì)安全型顯示箱、CXB-36C 隔爆型操作箱。

控制回路與PLC 擴(kuò)展IO 相連的器件檢測，可能過萬用表檢測線路是否可靠連接，如連采機(jī)上電后系統(tǒng)檢測正常且沒有急停按鈕按下，按“油泵啟”系統(tǒng)無響應(yīng)，可用萬用表檢測操作箱“油泵啟”按鍵是否閉合，電纜是否損壞造成斷路。當(dāng)按鍵正常閉合，電纜可靠連接，PLC 輸入點(diǎn)指示燈不亮，則應(yīng)考慮PLC 擴(kuò)展模塊損壞；根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，PLC 損壞概率極低，控制回路故障大多數(shù)由于使用中造成電纜壓斷或電纜連接處的螺絲松動引起。

連采機(jī)牽引履帶變頻器正、反向信號分別由ZH2-10 礦用本質(zhì)安全型變阻器的左、右手柄（電位計(jì)信號）經(jīng)電位計(jì)隔離柵轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入到PLC 的模擬量輸入端（左履帶信號線號為102，右履帶信號線號為103）。變頻器不行走時(shí)通過HMI 界面切換查看手柄對應(yīng)的模擬量信號，手柄在中間位置時(shí)，模擬量輸入端的電壓為+5 V，左、右履帶輸入信號顯示約13 800，前進(jìn)時(shí)變?yōu)?，后退時(shí)變?yōu)?7 648，左、右履帶輸出信號顯示的變化范圍為0 到27 648。

3 故障的排查

根據(jù)近幾年EML340 連采機(jī)電控系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)來看，造成故障的原因多數(shù)是由于檢修不到位，使用過程中造成電纜斷裂，以及連采機(jī)截煤過程的振動引起電纜虛接、松動引起。排查電控系統(tǒng)故意原因首先能確保供電回路正常，然后根據(jù)HMI 顯示內(nèi)容逐步檢測電纜連接、相應(yīng)功能保護(hù)器件是否正常，可采用交換檢測的方法，把相同功能器件的連接進(jìn)行對換，可快速有效確定故障部件。

4 結(jié)語

通過對EML340 連采機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的介紹，結(jié)合現(xiàn)場使用情況的反饋，闡述連采機(jī)電控系統(tǒng)常見保護(hù)的功能檢測回路原理，對各種故障的原因進(jìn)行較詳細(xì)的分析，給出使用過程中電控系統(tǒng)故障的檢測方法，有利于維護(hù)人員對故障進(jìn)行快速定位，同時(shí)對煤礦其他采掘類設(shè)備的電控故障排查備有借鑒意義[5]。