SL750 采煤機先導回路改造分析

張萬永，李卓明，蘇良碧

（中煤平朔發(fā)展集團有限公司井工設備維修中心，山西朔州 036002）

0 引言

SL750 系列采煤機是當前較為先進的采煤機，一直是平朔井工礦開采的主力機型，服役已達10 年之久，其機械部分強度耐久性好，但電控系統(tǒng)部分老化，維修復雜，進口備件成本高、采購周期長，甚至有些機型配件停產(chǎn)，嚴重影響維修工期。同時由于電控系統(tǒng)的核心技術(shù)掌握在國外采煤機廠商手中，給現(xiàn)場維護、升級造成相當大的困難。當前礦井建設對現(xiàn)代化、國產(chǎn)高效的煤機設備提出巨大的市場需求，國產(chǎn)化電控系統(tǒng)改造，順應市場形勢，對于減少對國外煤機廠商技術(shù)依賴，降低配件采購成本，縮短配件供應周期，加快綜采設備國產(chǎn)化智能建設，具有積極意義。

1 先導回路工作原理

1.1 先導回路介紹

很多煤礦設備采用先導電路控制設備啟停，有了先導電路，操作人員開關(guān)大型設備就像低壓電路的先導開關(guān)一樣方便安全。當先導回路導通時，主回路線圈通電閉合帶動設備運轉(zhuǎn)。采煤機先導開關(guān)安裝在設備內(nèi)，通過順槽開關(guān)線纜供電。線纜一般有5 條導線，3 條動力線、1 條先導線和1 條地線組成。使用先導回路主要為了安全。先導回路可保證大型設備在斷電或跳閘后不能自啟動，接地故障時也無法啟動，遇到緊急情況可直接切斷先導開關(guān)。同時由于大電流電路斷開，主觸點處的電弧會很嚴重，因此最好讓電弧發(fā)生在遠離煤機工作面位置，由于先導回路可使電弧產(chǎn)生在配電箱隔爆外殼內(nèi)，從而保障了安全。

1.2 SL750 采煤機先導回路工作原理

SL750 采煤機先導回路分為兩部分，先導啟動回路和先導測試回路，工作原理如圖1 所示。啟動回路工作原理如下：

圖1 SL750 采煤機先導回路原理

順槽開關(guān)送電，按下隔離開關(guān)聯(lián)鎖按扭A17S3，合上隔離開關(guān)A17Q1，隔離開關(guān)操作機構(gòu)帶動輔助開關(guān)A17S1、A17S2 動作，常開輔助觸點A17S1 閉合，常閉觸點A17S2 斷開，此時順槽開關(guān)先導電源經(jīng)先導線P 至高壓控制箱A17S2 插頭的0#端子至A17S3 的常閉接點，經(jīng)A17S1，拉線急停開關(guān)A10S1，經(jīng)30 Ω 電阻A10R5，采煤機停止按鈕A7S2，左甲烷傳感器21-B7 常閉觸點，右甲烷傳感器常閉觸點，經(jīng)隔離耦合模塊A10E53，再經(jīng)A10V4 的二極管，至接線排A10X11 的PE 端子到接地端，通過電纜接地線回到順槽開關(guān)的接地端構(gòu)成先導回路。

啟動采煤機時，按下啟動按鈕A17S1，先導線經(jīng)A17S3、A17S1、啟動按鈕A7S1，短接起動電阻A1025，3 s 后松開啟動按鈕A7S1，順槽開關(guān)先導回路中串入30 Ω 啟動電阻形成啟動下降沿，順槽開關(guān)中的采煤機接觸器吸合采煤機得電。

先導測試回路由檢測線、撥斷開關(guān)A10S2、先導試驗按鈕A10S5、限流電阻A10R4、顯示燈A10H4 組成。撥斷開關(guān)撥到7個擋位，按下A10S5 可測試7 條不同的線路，通過觀察顯示燈狀態(tài)，確定先導啟動線路不同端子處的連接情況，A17S3、A17S2、A10S1、A7S1、A7S2 以及瓦斯斷電儀常閉觸點是否正常。

2 改造要求

電氣系統(tǒng)改造主要考慮需求匹配。①改造要滿足原來的功能需求，性能不能降低；②由于本次改造僅針對電氣系統(tǒng)，機械液壓系統(tǒng)不作調(diào)整，在設計時需要考慮系統(tǒng)與實際的匹配程度，涉及機械和液壓系統(tǒng)時要注意接口匹配，也要滿足井下的防爆要求；另一方面還要避免原回路不足，原先導回路啟動時無法做出預警，存在安全隱患，設備安全性有待提高，同時由于線路本身限制，采煤機接入不同組合開關(guān)時，往往需要更換先導電阻，影響工作效率；③改造時要滿足自動化和智能化要求，預留出后續(xù)升級改造接口，提高可拓展性。

3 改造分析

3.1 常見先導回路分析

常見的先導回路主要有以下3 種：

（1）直接使用線纜內(nèi)部控制芯線。以Electra 1000 型采煤機為例，圖2 左邊是前級開關(guān)側(cè)，接順槽側(cè)組合開關(guān)或磁力啟動器，右邊是采煤機側(cè)，中間用煤機動力線纜的控制芯片連接。當按下啟動按鈕時，控制芯線形成電流回路。直流繼電器K 控制著組合開關(guān)中的主接觸器KM，K 吸合聯(lián)動KM 吸合，組合開關(guān)向采煤機送電，采煤機電纜接通3300 V 主電源，同時采煤機主控中心控制模塊自保接點閉合，維持控制電路的接通狀態(tài)；按下停機按鈕，K 釋放聯(lián)動KM 釋放，合開關(guān)斷電采煤機電纜恢復到斷電狀態(tài)。

圖2 Electra 1000 采煤機先導回路原理

（2）先導模塊專用電路。使用專用先導模塊，可以更好保護線路，但模塊對安裝環(huán)境要求較高。以AXDN3-4RCAN 先導模塊為例，此模塊控制回路如圖3 所示。模塊有4 個獨立先導回路，安裝在運輸巷的開關(guān)上，同時需要配合煤機電源操作按鈕和遠方二極管實現(xiàn)先導控制以及控制線故障保護功能。先導回路有兩種接線方式，單點先導和雙點先導。單點先導啟停采用常開式自閉鎖按鈕。雙點先導啟動鍵為常開式自復位按鈕，停止鍵常閉式自復位按鈕。啟動時，先導模塊將按鈕命令轉(zhuǎn)換成高低電平，內(nèi)部中間繼電器動作，與采煤機電源真空接觸器線圈形成閉合回路，實現(xiàn)送電。模塊會檢測按鈕按壓時間，從而判斷正常啟動、誤動作、干擾還是外部短路故障。

圖3 AXDN3-4RCAN 先導模塊板面

（3）動力載波技術(shù)。采煤機動力載波控制方式可擺脫控制電纜限制，比傳統(tǒng)多芯電纜控制方式節(jié)省電纜資金。動力載波控制原理就是把控制信號加載到高頻載波信號上，通過動力電纜傳送載波信號，讓受控電器接收解調(diào)信號動作。調(diào)制好的控制信號通過耦合電容與電纜芯線連接，實際中采煤機的載波頻率為200 kHz，耦合電容就可以過濾50 Hz 的工頻信號。動力載波技術(shù)原理如圖4 所示，載波裝置分為發(fā)送模塊和接收模塊，分別裝在采煤機內(nèi)部以及采煤機開關(guān)內(nèi)。采煤機啟動前，由模塊電池組供電，并檢測動力線纜是否有高電壓，穩(wěn)定啟動后，通過穩(wěn)壓電源向電池組充電。

圖4 動力載波技術(shù)原理

3.2 改進后先導回路

改造結(jié)合實際情況綜合分析，增加語音報警和啟動選擇功能，可避免工作面、維修單位組合開關(guān)和采煤機先導回路不匹配的情況。改造后的先導回路原理如圖5 所示，先導回路采用PE兩線控制，兩根線來自采煤機動力線專用線纜，由先導啟動回路和先導測試回路兩部分組成。

圖5 改造后的先導回路原理

先導啟動回路連接高壓隔離開關(guān)QS1 常開反饋點。啟動時，隔離開關(guān)合閘，此時先導回路信號經(jīng)過甲烷傳感儀常閉觸點CB1，到達面板上拉繩開關(guān)SB1 裝置和停止按鈕SB2，聲光報警切換按鈕SB3，單點啟動切換按鈕SB4，經(jīng)過單點啟動或雙點啟動，回到地線形成回路。聲光報警切換按鈕SB3 正常為常閉開關(guān)，正常使用語音報警接入，按下則切除聲光報警。使用聲光報警裝置時，1246 四點接入先導回路，此時報警裝置開始預警，持續(xù)5 s，5 s 后先導回路導通，采煤機得電，這樣可實現(xiàn)采煤機啟動預警功能。當采煤機正常通電后，此時報警裝置內(nèi)部的自保點閉合，內(nèi)部切除語音報警，實現(xiàn)自鎖功能。當聲光語音語音報警裝置出現(xiàn)故障時，可按下SB3，此時1356 四點接入先導回路，直接短接報警裝置，切除報警裝置。

SB4 是單點啟動切換按鈕，此按鈕帶自鎖功能，按下為單點啟動模式，單點啟動回路導通，彈起后為雙點啟動模式，雙點啟動回路導通。單點先導使用一個常開接點，停機狀態(tài)按下按鈕設備啟動；運行狀態(tài)按下按鈕，設備停機。雙點先導類似普通控制回路，串有普通二極管。工作時，按下啟動按鈕，設備不立即啟動，持續(xù)按壓松開后才啟動，正常啟動按壓按鈕時間為3～10 s。按壓時間如果太短，系統(tǒng)會認為是誤動作或干擾，也不會啟動。按壓時也可按住啟動開關(guān)待顯示屏啟動后再松開，此時表示系統(tǒng)上電。當遇到瓦斯超限故障，按下停止按鈕或者拉繩按鈕時，先導回路會斷開，從而采煤機斷電。

先導測試回路主要由轉(zhuǎn)換開關(guān)SW、先導測試開關(guān)SB7、限流電阻R2 和發(fā)光二極管組成。以1 擋為例，使用時轉(zhuǎn)換到1 擋，按下SB7，此時先導測試線經(jīng)過SW、SB7、R2、D3 形成回路，如果發(fā)光二極管閃爍，證明此線路導通，說明先導啟動回路中，先導電源到1號位置正常。先導測試回路主要用于先導啟動回路故障的排查。

4 結(jié)語

實際使用時要根據(jù)采煤機的運行方式、工作環(huán)境選擇合適的工作模式。根據(jù)組合開關(guān)或者磁力啟動器啟動方式做好匹配，選擇相應的先導回路啟動方式。先導啟動電路中，注意二極管不接或反接都不能啟動，30 Ω 電阻選擇精度不宜低于±15%。同時也要重視作業(yè)人員技能水平的提升，防止個別人員不清楚改造電路原理，盲目使用造成電氣部件損壞。改造后的先導回路使用更加方便，采煤機先報警后啟動的方式能更好保證安全生產(chǎn)，減少事故發(fā)生。