煤礦機械設備電氣自動化技術應用研究

余濤，梁浩棟

（1.杭州電子科技大學 浙江 杭州 310018）（2.陸良縣工業信息化和商務科技局 云南 陸良 655600）

0 引言

在過去很長一段時間內，煤礦事故屢見報端，其中與機械設備有關的很高。近年來，隨著科學技術的發展，大量的機械設備都開始應用電氣自動化技術，并且取得了很好的效果，在促進煤礦企業發展方面立下了汗馬功勞。

1 電氣自動化技術在采掘機械設備方面的應用

不言而喻，煤礦采掘是煤礦生產中的重要環節，而且這一環節極易發生事故，可以說煤礦開采風險性極高。究其原因，一方面歸咎于煤礦開采的環境十分復雜，地下開采空間逼仄，地質情況特殊，無法準確進行預測和判斷，也就是突發因素和可變因素極多，稍有差池就會前功盡棄，甚至影響整個地下的開采環境，進而導致井下作業陷入泥淖，那么勢必會威脅相關開采人員的生命安全。另一方面，與救援工作開展不力有關，因為發生意外情況，地面工作人員無法準確分析井下的事故原因，也就無法采取對應的救援措施，只能在可視范圍內進行小規模的救援，無法挽回損失，也耽誤了最佳的救援時間。通過實現機械設備的自動化，無論是液壓牽引還是電牽引的方法，都顯著提高了采煤機的安全性，從而優化采煤的環節。煤礦機械設備實現自動化的核心技術離不開計算機和傳感器，以液壓支架為例，通過結合相關的計算機技術，不僅能夠完成高壓大流量的作業，同時還能夠提升移動的速度，保證采掘工作有序展開，同時提高采掘效率。在電力牽引過程中，因為電源電壓一般在3500V左右，可以實現無鏈牽引，但是電機的牽引能力會隨著容量的升高而減弱，所以還需要系統地進行監督，加強這方面的防護。在具體防護中主要還是通過PLC控制程序，對信息進行采集，參照預先的設計參數執行相關的操作。

2 電氣自動化技術在運輸機械設備方面的應用

傳統的煤礦機械設備中運輸和提升方面的功能比較薄弱，而應用電氣自動化技術，可以對相關的設備實現DCS自動化控制，比如直流調速系統，在優化煤礦運輸方面優勢明顯。而在提升機中應用變頻技術，能夠降低機械設備的能耗，同時提高運行效率，進而節約生產成本，舉個簡單的例子，如果煤礦分布不均，那么在開采過程中難免會出現機械設備空轉的情況，就會耗費大量的能源，而通過應用變頻技術，對電機以及其他機械設備進行控制，能夠保證運輸機和提升機處于最佳的工作狀態，避免做無用功[1]。國產的SCR提升機主要是通過模擬線路這種方法對設備進行控制，同時一些斬波器的應用，使得自動化控制的水平更上一層樓，可以對DCS結構進行控制，從而操作運輸設備，而且因為生產系統之間會有一定的連鎖功能，出現問題后，通過一個緩沖區間，可以進行調整，不會擴大事故的影響。

3 電氣自動化技術在變電站機械設備中的應用

眾所周知，所有的煤礦設備運行動力都與供電系統有著千絲萬縷的聯系，可以說實現了變電

站的自動化，也就夯實了機械設備電氣自動化的基礎，為進一步的應用和開發做好了鋪墊。

3.1 變電站運行情況

無論是5KV雙回線路、8KV單回線路，還是30KV三回線路，以及兩臺主變壓器，都屬于變電站的基本設備，由于煤礦設備方面的需求，一般而言，30KV線路普遍采取集中組合的方式，并且裝配保護裝置，及時傳遞信息。

3.2 變壓器保護設備

由于變壓器經常會出現匝間短路的情況，為了有效應對此類故障，需要安裝綜合測控裝置，比如：MTPR-100SD，從而對于電流過大以及負載過多的情況起到一定的調節作用。另外，對于30KV這類線路，需要安裝微機線保護裝置，典型的微機線保護裝置是MMCU-10，從而對母線進行分段和轉換，尤其是保證不同的母線不產生關聯[2]。

3.3 計算機后臺管理

目前常見的比較先進的變電站自動化系統是WLD2100，很多煤礦企業都將其應用到計算機后臺的監控和管理工作中，并且進行一系列的改進，比如：進行隔層設計，建立相應的監控單元，并且全面收集煤礦開采的所有信息，進行統計處理和分析，之后記錄在案，如果出現異常，能夠發出警報。

4 電氣自動化技術在安全保障方面的應用

煤礦機械設備正常運行的基礎是有專門的關于機械設備的安全保障系統，也就是將電氣自動化引入到安全保障管理體系中，分析可能存在問題的數據，之后采取行之有效的措施排除安全隱患，降低機械設備的運行風險，從而保障煤礦的正常開采、挖掘和運輸。特別是對于井下作業而言，通過自動化技術可以全方位地了解和掌握井下數據，從而實現遠程控制，最大程度地保障煤礦環境的安全。2016年起，我國就從國外引進了諸多安全監控系統，并且加大了這方面的研發和投入的力度，一些自主研發的安全監控系統也得到了很好的應用。其中比較重要的元器件是傳感器，由于傳感器使用壽命較短，質量不穩定，在安全監控方面制約了煤礦生產自動化的水平，加上一些操作人員在具體工作中疏忽大意，可能導致安全事故頻發，所以保證監控系統的穩定性是煤礦機械設備電氣自動化過程中需要解決的迫切問題。

5 電氣自動化技術在保護裝置中的應用

計算機技術的廣泛應用，使得煤礦機械設備中差動保護裝置的性能更加突出，這種利用數字算法從而保障機械設備正常工作的裝置操作十分簡單，后期維護成本也很低。常見的變壓器接線方式為11點接線方式，而相應的差動保護裝置的接線方式為Y/Y接線方式。但是在接線過程中很可能導致整個保護裝置兩側的電流相位差增大，可能達到30°，那么為了消除這種不利影響，可以采用單相實驗與三相實驗的方法，2種方法都能夠取得很好的效果，并且應用較為廣泛。單相實驗與三相實驗電流相位的不同之處如表1所示。

表1 單相與單相實驗電流相位

觀察2種接線方式可以發現，在△側加入A、C電流時，相位差在150°，而在Y側加入A相電流，只需要保證相位與△側相差150°即可，這樣也就達到了差動保護的目的。如果條件充分，可以相位差可以有規律地進行變化，比如30°、60°、90°、120°等。

6 結語

綜上所述，隨著我國經濟的發展，社會各行各業對于煤礦的需求量有增無減，將電氣自動化技術應用到煤礦機械設備中，不僅能夠保障生產安全，提高開采效率，同時還能夠增強煤礦企業的競爭力，促進整個行業的健康發展。