礦井風機雙回路快速切換裝置的研究應用

曹國星

（西山煤電集團公司 機電處，山西 太原 030053）

主通風機作為煤礦供電的一類設備，供電的可靠性尤為重要。短時停電導致的風機停機，對于高瓦斯礦井來說很危險，可能引起井下部分區域的瓦斯積聚。我國煤礦安全規程規定，當主通風機突然停機時，必須保證在10min內恢復向礦井供風。而主通風機房的停電故障大多是因為上級變電站的失電或是供電線路的故障引起，針對這些故障需要尋找一種快速的回路切換裝置，保證風機供電的可靠性。

1 主通風機房供電概況

西山煤電集團西銘礦磺廠風機房為雙回路供電，實行分列運行方式，母聯開關處于熱備狀態，日常運行中，磺風一回路帶一號風機，磺風二回路帶二號風機，兩臺風機一臺運行，一臺備用，磺廠風機房使用的是FBCDZ-8-NO28對旋軸流通風機，風機的功率為2×450kW.

2 主通風機房發生停電事故后應急操作

當運行的主通風機供電線路發生故障引起失電停風故障時，機房的值班人員可根據情況進行應急操作。1）倒機法。值班人員啟動備用風機，但在倒機過程中，需要關閉故障風機的風門，開啟備用風機風門，對備用風機開關進行合閘，這一過程時間約為8 min，時間較長。但倒機法較為穩妥，不會受停電事故影響。2）倒回路法。值班人員只須分故障回路開關、合機房母聯開關，使用備用回路帶風機運行。這一過程時間約為3min，時間較短。但值班人員必須對事故進行分析。如為上級變電站或供電線路故障引起的失電，可進行倒回路操作。如為機房內部設備故障引起的失電，不可進行倒回路操作，否則將引起事故的擴大。

3 快速切換裝置信號采集控制圖

磺廠風機房快速切換裝置信號采集控制簡圖見圖1.

快切裝置采集電量信號：進線柜及母聯柜電流信號，兩母線段電壓信號?？烨醒b置采集開關位置信號：進線柜及母聯柜斷路器位置信號。快切裝置遠程控制開關出口：進線柜及母聯柜控制分合閘出口。

4 快速切換裝置動作原理

磺廠6kV風機房安裝了1臺MFC5103快切裝置，當風機運行回路的進線發生故障時及時啟動快切裝置，跳開故障段進線開關，快速合上母聯開關，使用備用回路帶風機運行，實現風機房的“零停電”。但母聯開關不能隨意合閘，如備用電源與母線殘壓的相角、頻率、電壓不符合并聯的條件，有可能引起電源的沖擊。同時該風機房進線保護裝置上引入電流閉鎖接點，當發生區內故障時閉鎖電源快切裝置。

圖1 磺廠風機房快速切換裝置信號采集控制簡圖

4.1 切換裝置的啟動

快切裝置通過進線柜中的電流互感器、母線段的電壓互感器，采集回路的電壓、電流、頻率信號，通過進線柜中的斷路器的輔助節點判斷開關位置，當回路失電后，電網中的頻率、電壓、電流逐步降低，當降低到設定的較低定值時，表明母線已經脫離電源，快切裝置就會啟動，立即跳開故障側進線開關。

4.2 快速切換的原理

當快速切換裝置啟動后，運行進線柜開關迅速斷開，但是因為風機負荷為2×450kW 交流電動機，電動機失電后將惰行，電動機的反饋電壓反映在母線上，母線段的殘壓、頻率將逐步降低。兩電源并聯的條件為頻率差、相角差、電壓差必須相近，符合裝置設定的定值。某電網母線殘壓示意圖見圖2.

圖2 母線殘壓示意圖

當運行進線柜開關斷開后，母線電源殘壓開始于A點，母線頻率、相角與備用回路相近，電壓衰減較少，電動機轉速下降較少，如果在此點附近母聯柜合閘，母線失電時間較短，約為0.2s，就能在風機未“停止”的情況下實現電源的快速切換。

當運行進線柜開關斷開后，母線電源衰減至B點，母線相角與備用電源再次相交，電壓衰減至約65%～75%，電動機轉速下降不大，如果在此點附近母聯柜合閘，母線失電時間較短，約為0.6s，雖然在此點附近區間電壓、頻率下降較多，但電動機能迅速恢復運行。

當運行進線柜開關斷開后，母線電源衰減至C點，母線相角與備用電源再次相交，電壓衰減至約20%～40%，電動機轉速下降很大，如果在此點附近母聯柜合閘，母線失電時間較長，約為1s.

由上可知，快速切換裝置動作越快，時間越短，對主通風機的安全運行影響越小。

4.3 快速切換的基本邏輯判斷

快速切換裝置的基本邏輯判斷圖見圖3.快切裝置啟動后應跳開失電側進線開關，檢查是否符合快速切換條件，當條件滿足時，快速合上母聯開關，使用備用回路帶兩段母線。如不符合快速切換條件，裝置則繼續跟蹤殘壓、相角、頻率變化，當與備用回路差值符合裝置設定的定值時，發出合閘指令，實現回路的切換，這就是快切的同期捕捉功能。

圖3 快速切換裝置的基本邏輯判斷圖

5 裝置硬件簡介

MFC5103快切裝置由CPU控制，通過CPU完成測量、邏輯、切換的主要功能，完成打印、記錄、通訊的輔助功能。硬件系統構成系統圖見圖4.

6 結 語

圖4 硬件系統構成系統圖

磺廠風機房安裝了快速切換裝置后，進行了模擬故障斷電試驗，效果良好。當遇到風機主供線路發生故障時，裝置快速切換功能準確，動作靈敏可靠，能夠迅速投入備用回路，實現了風機房的“零停電”，從而保障主通風機的連續運行，提高了高瓦斯礦井供風的安全可靠性。

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