張建浩
(潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份公司 王莊煤礦,山西 長(zhǎng)治 046031)
電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)的工作原理是:在工作電流超過(guò)預(yù)設(shè)的定值并達(dá)到一定時(shí)間后跳閘,從而達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的,在煤礦井下所有開(kāi)關(guān)里都設(shè)置有過(guò)載保護(hù)裝置。這種保護(hù)裝置雖然保護(hù)了電動(dòng)機(jī),但因過(guò)載保護(hù)動(dòng)作帶來(lái)的設(shè)備處理過(guò)程比較復(fù)雜。如:當(dāng)綜采工作面刮板輸送機(jī)開(kāi)關(guān)顯示過(guò)載并達(dá)到其允許時(shí)間時(shí),開(kāi)關(guān)跳閘,原因是刮板輸送機(jī)上的運(yùn)煤量超過(guò)了它的運(yùn)輸能力。常規(guī)的處理方法是:先把刮板輸送機(jī)開(kāi)關(guān)停電閉鎖,然后把超出的煤清理出來(lái),再啟動(dòng)刮板輸送機(jī),最后再把剛才清理出來(lái)的煤重新裝到刮板輸送機(jī)上。這個(gè)處理過(guò)程投入的人力太多,時(shí)間耗費(fèi)太長(zhǎng)。尤其是當(dāng)綜采工作面頂板不穩(wěn)定,放頂煤時(shí)稍不注意就會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)上煤太多的現(xiàn)象,造成刮板輸送機(jī)過(guò)載,開(kāi)關(guān)跳閘,導(dǎo)致整個(gè)工作面停產(chǎn)。為盡快處理故障,需要所有生產(chǎn)人員都參與到卸煤、裝煤的工作中去。如果通過(guò)采取調(diào)大開(kāi)關(guān)保護(hù)值的方式來(lái)避免過(guò)載保護(hù)動(dòng)作,就會(huì)有超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定電流的電流通過(guò)電動(dòng)機(jī),時(shí)間一長(zhǎng),輕則縮短電動(dòng)機(jī)使用壽命,重則燒毀電動(dòng)機(jī),引起工作面火災(zāi)或爆炸事故,后果不堪設(shè)想。
鑒于此,我們?cè)O(shè)計(jì)一種刮板輸送機(jī)智能過(guò)電流預(yù)警裝置,在電動(dòng)機(jī)過(guò)電流事件發(fā)生后、過(guò)載保護(hù)動(dòng)作前采取措施,降低刮板輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流,避免因過(guò)載而導(dǎo)致的停機(jī)事故,進(jìn)而降低事故率,提高設(shè)備運(yùn)行效率。
針對(duì)現(xiàn)有的過(guò)載保護(hù),在跳閘動(dòng)作前沒(méi)有明顯征兆這一缺陷,設(shè)計(jì)一種用于刮板輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)的過(guò)電流預(yù)警裝置,當(dāng)其達(dá)到過(guò)電流值而未達(dá)到過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間時(shí),提醒操作人員注意,在該時(shí)間內(nèi),通過(guò)降低刮板輸送機(jī)上煤量,將刮板輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流降低至規(guī)定范圍內(nèi),避免因過(guò)載保護(hù)動(dòng)作而導(dǎo)致的停機(jī)事故,從而實(shí)現(xiàn)不停機(jī)處理電動(dòng)機(jī)過(guò)載問(wèn)題的目標(biāo)。
根據(jù)電流的熱效應(yīng)計(jì)算公式:Q=I2Rt,在不考慮溫度影響的前提下,視電動(dòng)機(jī)繞組的電阻為定值,熱量Q與通過(guò)電動(dòng)機(jī)繞組電流I的平方和時(shí)間t成正比,在熱量Q一定的情況下,電流越大則電動(dòng)機(jī)的溫升越快,所以必須在其規(guī)定的時(shí)間里把實(shí)際運(yùn)行電流減下來(lái)。礦用隔爆兼本質(zhì)安全型刮板輸送機(jī)控制開(kāi)關(guān)說(shuō)明書(shū)中過(guò)載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間表如表1所示。
表1 過(guò)載動(dòng)作時(shí)間
從表1可以看出,電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流是額定電流1.05倍時(shí),過(guò)載保護(hù)2 h內(nèi)不動(dòng)作;電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流是額定電流1.2倍時(shí),過(guò)載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為12~60 min;電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流在額定電流1.5倍時(shí),過(guò)載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為90~180 s;電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流在額定電流6倍時(shí),過(guò)載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為8~14 s.我們可以在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流超過(guò)額定電流1.2倍或1.5倍時(shí)但還未達(dá)到動(dòng)作時(shí)間前,即在過(guò)電流現(xiàn)象已發(fā)生但未達(dá)到過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間前進(jìn)行聲光預(yù)警,提示操作人員通過(guò)減少刮板輸送機(jī)上煤量或禁止刮板輸送機(jī)上煤來(lái)控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流,使其雖然超過(guò)允許范圍,但在過(guò)電流時(shí)間允許范圍內(nèi)又降低到額定范圍內(nèi)。這樣一來(lái)既保護(hù)了電動(dòng)機(jī),又避免了過(guò)載跳閘后處理故障。
刮板輸送機(jī)智能過(guò)電流預(yù)警裝置的主要元器件包括:電流互感器、PLC、繼電器及聲光警報(bào)裝置。其中,電流互感器包括電流互感器一次側(cè)A、B、C,分別串接至刮板輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)的三相負(fù)荷線,電流互感器二次側(cè)a、b、c分別連接PLC模擬量輸入端口La、Lb和Lc,以將從電流互感器a、b、c采集的電流輸入PLC;PLC的L和N端口連接至AC220V;PLC的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)預(yù)設(shè)的電流定值,通過(guò)PLC實(shí)時(shí)識(shí)別從模擬量輸入端La、Lb和Lc輸入的電流值,并與預(yù)設(shè)電流定值進(jìn)行比較;比較結(jié)果通過(guò)PLC的模擬量輸出端Q1.2、Q1.3和Q1.4輸出;模擬量輸出端Q1.2、Q1.3和Q1.4分別連接3個(gè)繼電器線圈1J、2J、3J一端,繼電器線圈1J、2J、3J另一端均連接至PLC的L+端口,PLC的L+端口與PLC的2M端口連接;PLC的L1和N接口連接AC220V進(jìn)行供電;聲光警報(bào)裝置包括警示燈L1、L2和L3,進(jìn)行聲音警報(bào)的第一警報(bào)裝置S1和第二警報(bào)裝置S2;警示燈L1、L2和L3分別為綠、黃、紅三色燈,與3個(gè)繼電器的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)1J-1、2J-1、3J-1串聯(lián)后并聯(lián)連接至AC220V,第一警報(bào)裝置S1和第二警報(bào)裝置S2分別與警示燈L2和L3并聯(lián)。
如圖1所示:在設(shè)定額定值后,PLC通過(guò)模擬量輸入端口La、Lb和Lc實(shí)時(shí)接收電流互感器ABC讀取的電流值,并與設(shè)定的定值進(jìn)行比較。當(dāng)3個(gè)端口接收到的電流值最大者超過(guò)設(shè)定值時(shí)發(fā)出不同警報(bào)。當(dāng)實(shí)時(shí)電流值最大者為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.2倍時(shí),此時(shí)PLC通過(guò)模擬量輸出端口Q1.2輸出信號(hào),與模擬量輸出端口Q1.2連接的繼電器的線圈1J得電,對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)1J-1閉合,使警示燈L1通電發(fā)光。警示燈L1為綠光燈,當(dāng)該警示燈發(fā)光時(shí),工作人員可在完成手頭工作后再進(jìn)行處理;當(dāng)實(shí)時(shí)電流值最大者為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.5倍時(shí),此時(shí)PLC通過(guò)模擬量輸出端口Q1.3輸出信號(hào),與模擬量輸出端口Q1.3連接的繼電器的線圈2J得電,對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)2J-1閉合,使警示燈L2通電發(fā)光,同時(shí)作為聲音警報(bào)的第一警報(bào)裝置S1通電發(fā)聲警報(bào),警示燈L2為黃光燈,且第一警報(bào)裝置S1發(fā)出第一警示信號(hào),工作人員觀察到黃光信號(hào),并接收到第一警示信號(hào)時(shí),可稍作延時(shí)然后進(jìn)行處理,提示操作人員下一步工作應(yīng)該減少上煤量,防止輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)受到損壞;當(dāng)實(shí)時(shí)電流值最大者為電動(dòng)機(jī)額定電流的6倍時(shí),此時(shí)PLC通過(guò)模擬量輸出端口Q1.4輸出信號(hào),與模擬量輸出端口Q1.4連接的繼電器的線圈3J得電,對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)3J-1閉合,使警示燈L3通電發(fā)光,同時(shí)作為聲音警報(bào)的第二警報(bào)裝置S2通電發(fā)聲警報(bào),警示燈L3為紅光燈,且第二警報(bào)裝置S2發(fā)出第二警示信號(hào),此時(shí)工作人員應(yīng)立即進(jìn)行處理,提示操作人員立即停止上煤。
圖1 過(guò)電流預(yù)警原理圖
利用電流互感器和PLC對(duì)電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行識(shí)別,在發(fā)生過(guò)電流而未達(dá)到其動(dòng)作時(shí)間內(nèi)進(jìn)行聲光預(yù)警提示,提示操作人員在規(guī)定允許時(shí)間內(nèi)把電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流降下來(lái),使電動(dòng)機(jī)在設(shè)定電流允許范圍內(nèi)運(yùn)行,這樣既能保護(hù)了電動(dòng)機(jī),又能避免過(guò)載停機(jī)所帶來(lái)的弊端。通過(guò)在王莊煤礦9102工作面應(yīng)用,因過(guò)載造成的停機(jī)故障大大減少,使用效果良好。
利用過(guò)載保護(hù)動(dòng)作的兩個(gè)必要條件:一是需要電流超過(guò)額定電流一定范圍,二是在不同電流范圍內(nèi)超過(guò)各自動(dòng)作時(shí)間范圍。我們充分利用這個(gè)動(dòng)作時(shí)間范圍,在運(yùn)行電流超過(guò)額定電流一定范圍時(shí),發(fā)出警報(bào)讓操作人員注意操作,使電動(dòng)機(jī)在允許過(guò)電流時(shí)間范圍內(nèi)把電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流降下來(lái),降低了事故率,提高了設(shè)備運(yùn)行效率。
該裝置的成功研制,通過(guò)聲光提示在電動(dòng)機(jī)電流超出允許范圍而過(guò)電流動(dòng)作時(shí)間還未達(dá)到以前,通過(guò)采取措施把電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流降下來(lái),在保護(hù)電動(dòng)機(jī)的同時(shí),又避免了設(shè)備停機(jī),提高了設(shè)備運(yùn)行效率。