煤礦井下真空饋電開關智能控制系統

趙慶飛

(山西晉城煤業集團 寺河煤礦二號井， 山西 晉城 048000)

煤礦井下自動化設備應用水平的不斷提高，對井下供電系統的供電安全提出了更高的要求。由于井下工作環境惡劣、各類機械設備在頻繁啟動過程中對電網系統產生較大的沖擊，因此導致供電網絡在工作過程中極易出現故障，影響井下的供電安全性。真空饋電開關作為煤礦井下供電網絡的核心保護裝置，當供電線路發生故障時能夠及時將故障電路進行隔離，防止事故擴大，避免產生火災或者爆炸等，其工作時的靈敏性和可靠性直接決定了煤礦井下供電系統的工作安全性和穩定性[1]. 隨著各類用電設備對井下供電穩定性和安全性要求的不斷提升，現有的真空饋電開關智能控制系統存在對故障反應速度慢、安全性低、可靠性差的問題。本文提出了一種新的煤礦井下真空饋電開關智能控制系統，該系統采用將故障監測、信號采集、過程控制彼此分離的方案，有效提升了真空饋電開關在工作時的靈敏性和可靠性，可確保井下供電系統的供電安全性和可靠性。

1 饋電開關智能控制系統硬件結構

真空饋電開關智能控制系統的硬件結構示意圖見圖1[2].

圖1 真空饋電開關智能控制裝置結構示意圖

由圖1可知，該真空饋電開關智能控制裝置采用了將單級芯片和整體電量控制芯片相結合的整合控制方案，對該真空饋電開關的控制系統采用了雙回路、并行數據控制方案，將真空饋電開關工作過程中的交流數據采集和故障處理控制進行分離，從不同的數據線路和控制芯片進行分離控制，降低控制系統中單個芯片同時處理的數據量，有效提升了真空饋電開關的數據分析和處理速度，同時系統還能夠根據煤礦井下供電網絡各分支電路出現故障時的電流變化特征進行故障自動隔離和自適應控制。當出現供電異常時及時對異常原因進行分析處理和調節，第一時間對故障進行修復，系統中設置有多個互感器、濾波器等，能夠有效提升該真空饋電開關控制系統的控制靈敏性和有效性，提升系統整體的工作可靠性。

2 真空饋電開關的過載故障檢測和控制

煤礦井下用電設備多且復雜，在頻繁啟動過程中會給供電網絡帶來極大的負荷波動，在系統內產生過載的情況，過載會導致供電網絡的電流值增加，線路溫度迅速上升，長時間的過載將會導致出現線路絕緣層被燒化、電路起火等事故[3]. 短時間的過載則會導致供電線路的使用壽命降低，因此煤礦井下真空饋電開關智能控制系統需要能夠及時識別系統內的過載異常，并及時進行調整，實現對過載異常的有效抑制，確保井下供電網絡的運行安全性。該真空饋電開關智能控制系統的防過載控制程序見圖2[4].

圖2 真空饋電開關防過載控制邏輯示意圖

由于線路允許過載的實際時間和過載倍數有密切的關系，過載倍數越大，線路能承受的安全時間越短，過載倍數越小，線路所能承受的安全時間就越長。因此，對煤礦井下供電系統工作時段的過載情況進行分析，發現能識別的最小過載倍數為1.05倍(過載因子δ=105)，最大過載倍數為額定電流值的6倍(過載因子δ=600)，因此在設定時以過載因子δ=105為下限值，設定真空饋電開關保護動作時間。當δ=105時設定動作時間為120 s，當δ=600時的動作時間設置為8 s，確保在各種過載狀態下對供電線路保護的可靠性。

3 真空饋電開關的抗干擾設計

由于真空饋電開關的智能控制系統采用了單片機控制模式，對電流穩定性和數據傳輸穩定性要求較高，一旦出現電磁干擾就容易產生邏輯控制紊亂，影響真空饋電開關的控制精度。因此，必須在系統內進行抗干擾性的設計。該真空饋電開關系統采用了低壓直流供電系統，對系統內的強電和弱點進行隔離，外側采用雙層屏蔽防電磁干擾外殼，有效提升真空饋電開關的抗干擾性，其抗干擾原理見圖3[5].

圖3 真空饋電開關抗干擾原理示意圖

由圖3可知，該抗干擾電路采用了強電和弱電完全隔離的結構形式，系統的穩壓模塊能夠實現對輸入直流電源的穩壓，確保輸入工作電流的穩定性，濾波電路則能夠對系統內的高頻干擾信號進行過濾，降低高頻干擾信號對系統的影響，確保系統工作過程中的抗干擾效果。

4 結 論

1) 真空饋電開關智能控制裝置采用了將單級芯片和整體電量控制芯片相結合的整合控制方案，能夠有效提升真空饋電開關的數據分析和處理速度，當出現供電異常時及時對異常原因進行分析處理和調節，及時對故障進行修復。

2) 真空饋電開關智能控制系統能夠及時識別系統內的過載異常，并及時進行調整，實現對過載異常的有效抑制，確保井下供電網絡的運行安全性。

3) 該真空饋電開關系統采用了低壓直流供電系統，對系統內的強電和弱電進行隔離，外側采用雙層屏蔽防電磁干擾外殼，具有極好的抗電磁干擾特性。