掘進機漏電保護設計探討

李曉芬

【摘要】在煤礦系統中，應用著越來越多的煤機設備，掘進機是近年煤機市場的新亮點。煤礦是一個防爆環境，因設備漏電帶來的安全問題顯得尤為重要。

【關鍵詞】煤機 掘進機 漏電 漏電保護

近年來，隨著我國的綜合國力在不斷增長。煤礦系統中，各種煤礦機械得到廣泛應用，掘進機是這類機械中的亮點。煤礦屬易燃易爆高危環境，國家安監部門對煤礦機械設備，有著明確的要求。煤礦機械首先是必須滿足防爆要求，同時應能保障人身安全。

1掘進機簡介

掘進機是一種能實現連續切割、裝載、運輸作業的機械。由截割部、鏟板部、第一運輸部、本體部、行走部、潤滑系統、液壓系統、水系統、電控部組成。它的工作特點是，掘進機首先可以自由行進，在行進過程中，安裝有截齒的截割頭轉動，再由截割部帶動截割頭上、下、左、右擺動完成切割動作，鏟板部將截割下來的材料收集、裝載，再由運輸部完成向后方運送。掘進機在液壓、電控系統控制下，精確配合，協調一致，輕松靈活地完成掘進作業。適用于煤巷或半煤巖巷以及軟巖的巷道掘進，也可在鐵路、公路、水力工程等隧道施工中使用。

2漏電檢測時機及流程

掘進機工作時，需要強勁的動力。其中截割電機、油泵電機功率一般為幾十、幾百千瓦。工作電壓為1140V。掘進機整機是按防爆要求設計的。它的各種保護設計比較完善，既有電源過電壓、過電流保護，也有漏電保護，同時在工作時還能進行瓦斯濃度檢測。這里僅探討掘進機漏電安全保護問題，以期保證作業人員的人身安全。

煤礦中提供的電源通常采用1140V電源。L1、L2、L3、PE。煤礦的電源系統一般為IT電源系統，也即中性點不接地。設備的外露可導電部分經各自PE線分別接地。這種電源系統的運行特點是：

當發生一相接地故障時，其三相電壓無論其相位和量值均維持不變。當發生一相接地故障時，另兩個完好相的對地電壓要升高為線電壓。對1140V電源，是指其任意兩相之間的線電壓為1140V。當其中一相接地故障時，另外兩個完好相的對地電壓要升為線電壓，也即1140V。

采用這種電源系統供電非常有利于煤機設備的安全運行，但同時也對煤機設備提出了更高絕緣性能的要求。人體所能承受的電流為30mA。由此可以推算出單相電源相對于殼體的絕緣電阻應不小于1140V/30mA=38kΩ，正因為如此，MT/T682-1997-5.6關于漏電閉鎖的規定，掘進機絕緣電阻為40kΩ。在判定時，允許其有上、下10%的波動。

為了煤礦、人身安全起見，掘進機每次上電工作時，首先進行自身設備的漏電檢測。如果檢測到某一回路絕緣性下降到40kΩ以下時，則該設備不允許起動運行，也就是所說的漏電閉鎖功能，同時在控制屏上給出相應的報警提示。

下面我們以掘進機的截割電機回路為例，來說明電控系統是如果何進行漏電絕緣檢測的。

從圖示中可以看出，D24通過一個測試截割電機漏電情況的繼電器觸點、一個真空接觸器的常閉觸點與主電路真空接觸器的下口的2號觸點相連。當截割電機正常工作時，真空接觸器的常閉觸點斷開，D24與主電路是斷開的。0為24V直流電源負極。

電控箱中的控制器為西門子S7-200型，模擬量擴展模塊EM231，此處的接線圖如圖2所示。

其中，B+、B-為模擬量輸入口。圖3為截割電機漏電檢測的等效電路。圖3中的所示意的40kΩ電阻是虛擬的，在設計時絕緣電阻以40kΩ計算。實際測量中它是該回路中的實際絕緣電阻。

掘進機在上電后即立即進入自檢狀態，首先對油泵電機、截割電機高速、截割電機低速等回路逐一進行漏電檢測。當某一回路絕緣電阻不滿足要求時（小于40kΩ），在其顯示屏上會有相應的報警提示信號，并鎖定掘進機使其不能進入工作狀態，以保證人身安全。

掘進機在截割電機回路漏電檢測時，首先由控制器經0.5S延遲后發出控制指令使截割電機漏電檢測繼電器KA動作，繼電器KA觸點閉合。此時截割電機的真空接觸器為不工作狀態（即截割電機不通電），其常閉觸點為接通狀態，D24直流電壓加到截割電機主回路上。圖3為截割電機漏電檢測的等效電路，由此可知，如果截割電機處絕緣電阻是40kΩ時，EM231模塊的B+端子處的電壓應為24*1/（40+1）=0.59V。也就是說當B+端子處所測得的電壓為0.59V時，截割電機處的絕緣電阻為40kΩ。

由此可知所求絕緣電阻值算法為：24*1/B+端子處的電壓-1（kΩ）。

如果所求得回路的絕緣電阻即大于40kΩ，說明符合絕緣要求，控制器轉而進入工作狀態掃描程序。否則該回路絕緣電阻為不合格，控制器將鎖定掘進機使其不能進入工作狀態。

3結語

安全檢查在煤礦系統中是非常必要的。漏電檢測是其中不可或缺的一項，隨著時代的發展，掘進機的漏電檢測技術必然會進入一個新的階段。

參考文獻：

[1]MT682-1997.懸臂式掘進機電控設備系列與參數，煤炭行業標準.

[2]西門子S7-200技術手冊.