煤礦機械設備電氣自動化技術應用研究

曹振華

（山西汾西礦業（集團）有限責任公司設計院， 山西 介休 032000）

1 電氣自動化技術在煤礦機械設備中的應用

1.1 微機型差動保護裝置的應用

隨著計算機技術的快速發展，微機型差動保護裝置在煤礦機械電氣設備中得到了廣泛采用。微機型差動保護裝置主要利用數字算法保護機械設備的正常運行，且便于維護，接線簡單。但應用期間需要測試微機型差動保護裝置的采樣精度與算法功能，且一般通過現場的差動保護實驗完成。在微機型保護裝置運行過程中，煤礦機械設備的變壓器主要采用11點接線方式，且變壓器差動保護最常采用Y/Y接線方式。

但此種接線方式會導致進入微機保護裝置兩側電流相位差為30°，為了消除相位差，實現相位校正工作，必須采用差動實驗將定值整定在內部軟件。一是采用單相實驗方法，差動保護實驗接線如圖1所示。根據圖1可以看出，在制作A相比例制動曲線時，應在Δ側加入A、C兩相電流，且其相位差為180°，之后在Y側加入A相電流，確保相位與Δ側相差180°即可。這樣便可以完成差動保護實驗的接線工作。二是采用三相實驗方法，在條件允許時可以進行三相實驗，此時Δ側輸入電流相位與Y側輸入電流相位差不是180°，如表1所示[1]。

通過表1可知，單相實驗與三相實驗均在機電設備差動保護過程中得到了廣泛使用，且效果良好。由實驗結果可知，這兩種方法具備可靠性，可以實現機械電氣設備的差動保護，確保設備的正常運行。

1.2 變電站綜合自動化系統的應用

一方面是供電系統，煤礦供電系統主要包括綜合保護器、地面集控中心、監控分站以及傳輸通道等四個部分。其中綜合保護器主要測控、保護供電線路與高壓配電裝置，且主要測量電流、電壓、功率以及有功等因素。遙信主要判斷斷路器與各種保護信號的位置；遙控可以遠程控制分合閘，并修改定值；遙脈主要通過電度表之間的通信實現遠程集中抄表。作為供電管理系統的中間環節，監控分站具備連接作用，可以集成并轉換現場設備信息，為設備提供相關自動控制數據。通過監控分站可以實現綜合保護器與地面分站的數據控制，且傳統通道主要連接各監控中心與變配電所，從而可全面反映系統的實際運行情況，在優化網絡性能的基礎上提高了網絡的抗干擾性。同時，地面集控中心具備實施監測功能，可以實現報表與數據分析。

圖1 差動保護實驗接線圖

表1 單相與三相實驗電流相位對比表

另一方面是改良采煤機械，采用電氣自動化技術可以有效改良機械設備。比如采煤機由中厚煤層型發展至大功率、薄煤層以及高效率的滾筒型；由無鏈液壓牽引、有鏈牽引發展至變頻調速以及電磁滑差的無鏈電牽引方式。液壓支架高度由薄煤層與中煤層發展至厚煤層，支架由掩護式發展至兩柱式高位放頂煤、兩柱掩護地位放頂煤等形式。這些煤礦技術的發展均離不開電氣自動化技術，其中應用最為廣泛的為液壓支架電液控制系統，且其屬于提高煤礦綜采工作面效率的關鍵技術，具體如圖2所示。

圖2 液壓支架電液控制系統

2 變電站綜合自動化系統在煤礦設備中的應用案例

煤礦設備運行的主要動力便是供電系統，實現變電站的自動化便可以確保機械設備電氣自動化，下面針對一般規模煤礦，具體分析變電站綜合自動化系統在煤礦生產中的應用[2]。

2.1 35 kV變電所基本情況

5 kV線路雙回、6 kV出線X回、6 kV PT2回、35 kVPT2回以及2臺主變壓器均屬于變電所基本設備，其保護與監控的微機綜合自動化系統如圖3所示。

為了滿足煤礦機械設備的運轉需求，35 kV線路以及主變壓器采用集中組屏方式，并將后臺監控系統安裝至主控制室內。同時為每個開關柜裝配6 kV保護裝置，以便及時將信息傳遞至后臺監控系統[3]。

2.2 變壓器保護設備

為了滿足變壓器相間短路以及匝間短路等故障的安全應急需求，應為其安裝差動保護裝置MTPR-110SD以及綜合測控裝置MMCU-10和H，以對過負荷、過流等危險狀況起到保護作用。同時還應對35 kV線路安裝MLPR-10H2微機線保護裝置，實現雙母線或單母分段主接線的PT轉換，對兩段沒有關聯的母線進行有效監控保護。

2.3 后臺計算機監控系統

將當前較為先進的珠海萬力達的WLD2100變電站綜合自動系統作為后臺監控計算機系統，并采用隔層設計的監控保護單元，確保計算機可以全面采集煤礦開采現場的信息，并統計分析，記錄安全事件，發出警報。

圖3 變電所保護與監控微機自動化系統

3 結語

電氣自動化技術涉及電子、電工、自動化以及計算機等多學科內容，其在煤礦機械上的科學應用可以確保煤礦機械設備的安全運行。在煤礦機械設備使用期間應用微機型差動保護裝置、變電站綜合自動化系統、遙測儀以及紅外線設備等電氣自動化技術不但可以提高礦井的生產效率，且還可提升生產的有效性，降低安全事故的發生幾率。除此之外，應用電氣自動化技術還有助于優化企業的生產模式，促進煤礦開采工作的順利開展與企業的長期穩定發展。