智能型礦用隔爆饋電開關設計研究

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摘要：隨著我國科技力量的的增強，煤礦在發(fā)展過程中采用的越來越多的大型化機電設備。機電設備的主要動力來源就是靠電的供應。饋電開關在井下的電路中起著通、斷電的功能，同時為了保護電路饋電開關還需要對電網中存在的各種故障進行監(jiān)測，并在發(fā)生故障時，及時斷開電路，保證人身安全。為此設計了基于PLC的智能礦用隔爆饋電開關，從饋電開關實現對電網中相關參數的檢測、選擇性漏電保護、相敏保護、負序保護和欠壓過壓以及過載保護等功能。對其PLC軟件結構進行設計，滿足能夠進行人機交互，從而實現饋電開關對整個電網系統的保護功能。

關鍵詞：煤礦；饋電開關；PLC；人機交互

煤炭資源在我國自然礦產中占據著重要的地位，在能源結構中占到70%左右。在實際的開采過程中，我國煤礦大都屬于地下開采，地下開采就意味著井下生產條件和工作環(huán)境惡劣。同時在開采的過程中，井下采用的都是大型機電設備，機電設備主要的動力來源就是井下電網，井下線路基本鋪設在煤礦巷道中。由于井下自然條件不穩(wěn)定，甚至是井下工作面經常出現瓦斯積聚的現象、由于線路老化或者是工人操作不當，礦井井下低壓電網經常會出現短路、漏電等現象，如果不能夠及時發(fā)現就會導致線路絕緣層被擊穿后，進而發(fā)生更嚴重的二相和三項短路。電網中的短路會產生電弧和電火花，在這期間就會對井下工作人員造成人身安全隱患。由于井下的自然環(huán)境特殊并存在著易燃易爆氣體，短路后電火花可能造成更大的危害。饋電開關一般設置在整個配電網的變壓器和磁力啟動器之間，其主要作用：（1）整個系統的總開關；（2）對整個電路進行檢測，當電路中存在著由于電流電壓引起的故障時，能夠實時記錄故障狀態(tài)，同時切斷整個電路供電，以達到保護工作人員和設備的目的；（3）對于含有多個回路的電網，在某一支路發(fā)生故障時，饋電開關可以進行選擇性斷開，斷開某一支路的供電，保證其他支路不受其影響。

1饋電開關的保護功能的實現

1.1電網相關參數的檢測

電網參數的檢測主要是與電網故障相關的的參量，在電網中主要檢測參數的電路如圖1所示。

1.2選擇性漏電保護

漏電保護裝置要既要滿足準確性又要滿足快速性。通過采用幅值加相位相結合的判斷方法，保證能夠準確判定線路是否存在漏電現象。漏電保護的快速響應采取硬件的快速響應，當PLC接收到判定信號時，就啟動執(zhí)行斷閘命令，其幾乎可以達到毫秒級。兩者的相互結合能夠加有效的發(fā)揮各自的優(yōu)點，進而實現漏電保護功能。其電路框圖如圖2所示。

1.3相敏保護

結合上文PLC在判定上存在著一定的困難性，結合相敏保護特性，采用硬件模電來進行電路保護。其保護電路圖如圖3所示。

1.4欠壓、過壓、過載保護

煤礦井下電網中的欠壓是指當PLC測定的電壓值低于額定電壓值的75%時，過壓是指測定的值大于額定電壓值的110%，采用的PLC進行判定延遲啟動策略。當過載時需要進行判定過載電流的大小，越大延時時間越短。

2系統結構設計

結合煤礦井下特殊的地理環(huán)境和氣候環(huán)境，選擇臺達DVP-SS系列作為其控制器，具體選擇為DVP14SS11R，控制系統的流程圖如圖4所示。PLC控制系統的流程直接決定著饋電開關的工作狀態(tài)。在實際運行過程中，控制器首先要對煤礦井下的絕緣狀態(tài)以及井下的瓦斯?jié)舛葼顟B(tài)進行測定，保證合閘期間產生的電弧或者電火花不會引起安全事故，起到基礎的安全保障。若是瓦斯?jié)舛冗^大或者是絕緣異常，饋電開關自鎖，并顯示出故障原因。若檢測完成沒有問題，工作人員需要對饋電開關的參數進行設定，設置完成后方可啟動饋電開關，啟動后系統會進行自檢監(jiān)視，對電網中的各個支路狀態(tài)進行檢測，一旦發(fā)現故障源頭，就會迅速響應斷電保護，并進行故障顯示。若正常運行則正常顯示電網中的各種參數值。

3結語

結合實際工作中的饋電開關的工作機制，以臺達DVP14SS11R作為控制核心，結合煤礦井下電網中的故障檢測機理和實現的電路，利用硬件模擬電路結合PLC快速響應機理對煤礦井下電網進行保護。利用電網中的參數、相敏保護、選擇性漏電保護以及欠壓、過壓過載保護等的電路圖進行設計，保證了饋電開關在電網中的保護的快速響應和靈敏動作，為井下電網的安全提供保障。

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作者：馬麗茹 童和平 任楠杰 單位：長治職業(yè)技術學院 廣東開放大學 太原理工大學礦業(yè)工程學院