主排水泵控制開關(guān)電流保護(hù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李 佳

（山西潞安礦業(yè)有限責(zé)任公司漳村煤礦， 山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，在煤礦井筒開鑿到底后，應(yīng)當(dāng)先施工永久排水系統(tǒng)。水害作為煤礦的災(zāi)害之一，在采區(qū)施工前，必須先建立排水系統(tǒng)，而主排水泵作為排水系統(tǒng)的核心設(shè)備，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中有著嚴(yán)格的要求。煤礦中主排水泵一般使用多級(jí)離心泵，除正常運(yùn)行的損耗外，水泵空轉(zhuǎn)是對(duì)水泵本身傷害最大的因素，而造成水泵空轉(zhuǎn)最大的原因是人為因素。在水泵運(yùn)行期間，水泵司機(jī)巡查不到位，未巡查水倉(cāng)水位和電流，但水泵本身又沒有防止水泵空轉(zhuǎn)的設(shè)施和保護(hù)，就很容易造成水泵空轉(zhuǎn)，嚴(yán)重情況導(dǎo)致水泵燒壞。水泵的控制開關(guān)主要保護(hù)的是水泵電機(jī)和人身安全，其主要保護(hù)有：短路、過(guò)流、過(guò)載、漏電。在主排水泵的整個(gè)保護(hù)中，沒有防止水泵空轉(zhuǎn)的保護(hù)和設(shè)施，主要是靠水泵司機(jī)的巡查、觀察水位或電流值等來(lái)啟停水泵。所以需要針對(duì)主排水泵空轉(zhuǎn)進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)，這樣在主排水泵空轉(zhuǎn)時(shí)，能及時(shí)斷電，繼而防止水泵燒壞，提升主排水系統(tǒng)的可靠性。

1 主排水泵的重要性

主排水泵作為煤礦的五大件之一，屬于煤礦一類負(fù)荷，它的正常運(yùn)行關(guān)系著礦工的生命安全和煤礦的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)、正常生產(chǎn)，對(duì)礦井的作用至關(guān)重要。主排水泵在空轉(zhuǎn)情況，對(duì)水泵的損害是致命的，如何避免水泵空轉(zhuǎn)，減少損害，從控制開關(guān)的保護(hù)著手，從源頭進(jìn)行控制。

在此次的論文設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要針對(duì)主排水泵空轉(zhuǎn)時(shí)控制開關(guān)的保護(hù)動(dòng)作，分析研究主排水泵的電流運(yùn)行變化，在控制開關(guān)原有的保護(hù)器上進(jìn)行研究設(shè)計(jì)的低電流保護(hù)。

2 事故經(jīng)過(guò)

漳村煤礦中央泵房共有7臺(tái)主排水泵，主排水泵房供電回路控制開關(guān)為BGP50-6型高壓真空配電裝置，開關(guān)保護(hù)器為ZBT-11型高開綜合保護(hù)器。某中央泵房主排水泵型號(hào)為MD280-65*7型多級(jí)耐磨離心泵，使用電機(jī)為YB2-4504-4型隔爆三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率710 kW，額定電壓6 kV，額定電流83.1 A，水泵額定排量280 m3/h，額定揚(yáng)程455 m，必須氣蝕余量3.7 m。2015年7月，某中央泵房值班員在零點(diǎn)班值班期間，巡查水倉(cāng)水位升起來(lái)后，正常啟動(dòng)6號(hào)水泵，運(yùn)行電流62 A。水泵運(yùn)行期間，值班員疏忽大意，未按規(guī)定每小時(shí)巡查一次，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)水倉(cāng)水位下降，運(yùn)行電流低于50 A，造成巡查不到位，水泵空轉(zhuǎn)達(dá)半個(gè)小時(shí)，導(dǎo)致水泵損壞，造成重大經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。

3 控制開關(guān)保護(hù)器的主要保護(hù)功能

如下頁(yè)圖1所示為保護(hù)器硬件原理框架圖。

主排水泵高壓控制開關(guān)的保護(hù)主要有：短路保護(hù)、定值限過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、漏電保護(hù)、低（欠）電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、零序過(guò)壓保護(hù)等。

一般的高壓開關(guān)電流保護(hù)為三段式電流保護(hù)，包括短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)，主要是用于保護(hù)電機(jī)不被大電流燒壞，沒有低電流保護(hù)。而主排水泵在空轉(zhuǎn)情況下，電流遠(yuǎn)低于電機(jī)的額定電流，不會(huì)損壞電機(jī)，但長(zhǎng)時(shí)間的空轉(zhuǎn)會(huì)燒壞水泵，且控制開關(guān)的保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

4 電流保護(hù)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

本次電流保護(hù)的設(shè)計(jì)是基于ZBT-11型高開綜合保護(hù)器，保護(hù)器采用32位高性能嵌入式處理器ARM作為CPU，程序存儲(chǔ)采用FLASH存儲(chǔ)器。采用模塊化的程序設(shè)計(jì)、嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，能靈活增減功能模塊。

在主程序中寫入低電流跳閘程序，電流整定（二次側(cè)電流值）的范圍為0.01～99.99 A，電流時(shí)限0.01～99.99 s。程序編程完成后，將程序存儲(chǔ)到FLASH存儲(chǔ)器。對(duì)于需要使用低電流保護(hù)的設(shè)備，只需把開關(guān)內(nèi)保護(hù)器的存儲(chǔ)器進(jìn)行更換，不需更換整個(gè)保護(hù)器，節(jié)約成本的同時(shí)，又快捷便利，能夠滿足不同型號(hào)、不同功率的電機(jī)的需要。

圖1 保護(hù)器硬件原理框架圖

5 應(yīng)用效果

漳村煤礦泵房主排水泵運(yùn)行時(shí)電流值在52～80A之間，排水電流值低于50 A時(shí)，主排水泵為空轉(zhuǎn)，高于80 A時(shí)，為過(guò)流故障。

將設(shè)計(jì)好的存有低電流保護(hù)的存儲(chǔ)器更換到1號(hào)泵控制開關(guān)的保護(hù)器中，設(shè)置低電流值52 A，低電流延時(shí)20 s。正常啟動(dòng)1號(hào)水泵，電流65 A，排水管路的流量計(jì)的實(shí)時(shí)流量為295 m3/h，觀察水泵電流運(yùn)行值，在水位降到低水位時(shí)，電流降到60 A，并逐步下降，主排水管路的流量計(jì)的實(shí)時(shí)流量逐步降低，當(dāng)實(shí)時(shí)流量為190 m3/h，開關(guān)電流52 A，開關(guān)保護(hù)動(dòng)作。

使用低電流保護(hù)后，將水泵運(yùn)行電流設(shè)置在規(guī)定運(yùn)行上限和下限范圍內(nèi)，不管運(yùn)行的電流過(guò)高還是過(guò)低，都能及時(shí)動(dòng)作，保護(hù)靈敏可靠，能更保證水泵及電機(jī)安全的運(yùn)行[3-4]。

歸納使用低電流保護(hù)的效果有：安裝低電流保護(hù)后，在水泵空轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，開關(guān)能及時(shí)動(dòng)作跳閘，保護(hù)水泵；從根本上杜絕了水泵空轉(zhuǎn)故障，減少人為因素、管路故障等原因造成水泵空轉(zhuǎn)而損壞水泵，減少經(jīng)濟(jì)損失。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的進(jìn)步，煤礦控制系統(tǒng)越來(lái)越自動(dòng)化智能化，主排水系統(tǒng)在向自動(dòng)化方向逐步升級(jí)，主排水泵房也在逐步由有人值守轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)人值守，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，隨著環(huán)保意識(shí)的增加，礦井污水處理逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、井下現(xiàn)場(chǎng)化，主排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)清水排放，對(duì)主排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制是一個(gè)很大的推進(jìn)。在主排水系統(tǒng)的自動(dòng)化控制中，控制開關(guān)的低電流保護(hù)也會(huì)起到重要作用。