一種礦用變壓器智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

于敏業(yè)

（大同煤礦集團(tuán)機(jī)電管理處電氣科， 山西 大同 037003）

引言

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為電力變壓器和特殊變壓器（電爐變、整流變、工頻試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓器、礦用變、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、沖擊變壓器、儀用變壓器、電子變壓器、電抗器、互感器等）。電路符號(hào)常用T 當(dāng)作編號(hào)的開頭，例：T01、T201 等。目前由于工作環(huán)境的復(fù)雜性，煤礦用變壓器對(duì)工作環(huán)境溫度不能實(shí)時(shí)監(jiān)控，使工作人員不能隨時(shí)了解井下變壓器的工作狀態(tài)，并且變壓器不能根據(jù)自身環(huán)境的變化做出相應(yīng)的調(diào)整，不利于變壓器的長時(shí)間工作使用。針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)了一種礦用變壓器智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下變壓器對(duì)工作環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 變壓器智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

為實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下變壓器工作環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)計(jì)了礦用變壓器智能監(jiān)控系統(tǒng)。該智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要包括變壓器外殼、通風(fēng)內(nèi)槽、電動(dòng)風(fēng)扇、降溫噴管、制冷器、傳輸通管、溫度傳感器、煙霧傳感器、滅火器、單片機(jī)、液晶顯示屏、通風(fēng)擋門、支撐側(cè)架等部件[1-2]。

圖1 智能監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

變壓器外殼內(nèi)部的頂端固定連接有通風(fēng)內(nèi)槽，通風(fēng)內(nèi)槽的內(nèi)部位于變壓器外殼內(nèi)部的位置固定連接有電動(dòng)風(fēng)扇，通風(fēng)內(nèi)槽的內(nèi)部且位于電動(dòng)風(fēng)扇的下方固定連接有降溫噴管，變壓器外殼外部頂端的右側(cè)固定連接有制冷器，制冷器的輸出端連通有傳輸通管，傳輸通管遠(yuǎn)離制冷器的一端與降溫噴管連通，變壓器外殼內(nèi)部頂端的左側(cè)固定連接有溫度傳感器，變壓器外殼內(nèi)部左側(cè)的中間位置固定連接有煙霧傳感器，變壓器外殼內(nèi)部右側(cè)的中間位置固定連接有滅火器，變壓器外殼外部的左側(cè)且靠近下方的位置固定連接有單片機(jī)，變壓器外殼外部左側(cè)的中間位置固定連接有液晶顯示屏。通風(fēng)內(nèi)槽內(nèi)部靠近上方的位置設(shè)置有通風(fēng)擋門，變壓器外殼外部頂端且靠近左側(cè)的位置固定連接有支撐側(cè)架[3-4]。

從下頁圖2 可知，支撐側(cè)架靠近上方的位置轉(zhuǎn)動(dòng)連接有傳動(dòng)內(nèi)螺紋桿，傳動(dòng)內(nèi)螺紋桿的內(nèi)部貫穿且螺紋連接有傳動(dòng)絲桿，傳動(dòng)絲桿的右側(cè)與通風(fēng)擋門固定連接。變壓器外殼外部頂端的左側(cè)固定連接有電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的輸出軸上固定連接有主動(dòng)轉(zhuǎn)輪。傳動(dòng)內(nèi)螺紋桿靠近左側(cè)的外部軸心處固定連接有從動(dòng)轉(zhuǎn)輪，所述從動(dòng)轉(zhuǎn)輪通過皮帶主動(dòng)轉(zhuǎn)輪傳動(dòng)連接。溫度傳感器和煙霧傳感器的輸出端與單片機(jī)連接，所述單片機(jī)的輸出端與液晶顯示屏、滅火器和制冷器連接，如下頁圖3 所示[5-6]。

1.2 工作原理分析

圖2 支撐側(cè)架處結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 傳感元件的結(jié)構(gòu)框圖

該變壓器智能監(jiān)控系統(tǒng)通過溫度傳感器監(jiān)控變壓器工作環(huán)境溫度，并將溫度通過單片機(jī)顯示在液晶顯示屏上，當(dāng)環(huán)境溫度升高至設(shè)定溫度，單片機(jī)控制制冷器工作，從而將冷空氣經(jīng)過降溫噴管通入變壓器外殼內(nèi)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的降低；當(dāng)煙霧傳感器檢測到煙霧的存在時(shí)，單片機(jī)控制滅火器工作，對(duì)變壓器外殼內(nèi)的元件進(jìn)行滅火處理，同時(shí)電動(dòng)機(jī)工作，傳動(dòng)內(nèi)螺紋桿通過傳動(dòng)絲桿帶動(dòng)通風(fēng)擋門向通風(fēng)內(nèi)槽內(nèi)部移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)內(nèi)槽的密封，降低變壓器外殼內(nèi)部的含氧量，避免火勢蔓延，達(dá)到了提高變壓器工作環(huán)境的安全性，實(shí)現(xiàn)變壓器工作狀態(tài)的智能監(jiān)控的目的。

2 變壓器智能監(jiān)控系統(tǒng)功能

1）過負(fù)荷保護(hù)功能。當(dāng)智能監(jiān)控系統(tǒng)檢測到變壓器的工作電流大于設(shè)定的額定電流時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)延時(shí)切閘流程，記錄過負(fù)荷時(shí)間，并將信息傳遞給上位機(jī)，方便維護(hù)人員對(duì)故障進(jìn)行維修處理。

2）過壓和欠壓保護(hù)。當(dāng)智能監(jiān)控系統(tǒng)檢測到礦用變壓器的工作電壓異常時(shí)，就會(huì)及時(shí)報(bào)警并上傳故障信息到上位機(jī)，方便維護(hù)人員對(duì)故障進(jìn)行維修處理。

3）油溫監(jiān)控功能。智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下礦用變壓器工作油溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)測到有異常信號(hào)時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)，并傳輸故障信息。

4）自動(dòng)重合閘功能。由于故障切閘時(shí)系統(tǒng)會(huì)在1 分鐘后自動(dòng)合閘，如果在很短時(shí)間內(nèi)連續(xù)合閘3次系統(tǒng)就停止合閘，報(bào)警等待人工合閘。

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

山西某煤礦在井下安裝了該礦用變壓器智能監(jiān)控系統(tǒng)。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，顯示該智能監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)井下工作環(huán)境溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，使工作人員可以隨時(shí)了解井下變壓器的工作狀態(tài)，并且能根據(jù)環(huán)境的變化，做出相應(yīng)的調(diào)整。該智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行正常，提高了變壓器工作環(huán)境的安全性，實(shí)現(xiàn)了變壓器工作狀態(tài)的智能監(jiān)控目的，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該礦用變壓器智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可以在煤礦井下供電系統(tǒng)中全面推廣應(yīng)用。