采煤機電動機故障保護改進設計

喬麗娟

（同煤集團云岡礦，山西大同 037017）

0 引言

在綜采作業面中，采煤機是最關鍵的設備之一，其運行效率直接影響著采煤的效率。根據相關研究可知，由于綜采工作面存在較大的濕度、較高的溫度及粉塵濃度，極易導致采煤機的電機出現故障問題，如短路、漏電。本文針對現有保護裝置進行分析，及時找出其中存在的問題，提出有效的措施加以改善，以提高保護性能，進而使采煤機的運行具備較強的穩定性[1]。

1 現有采煤機故障保護裝置中存在的缺陷

1.1 短路保護

隨著開采效率的不斷增強，截割功率也持續增加，為了確保采煤機可以穩定有效地運行，必須針對過載、欠載及短路等問題來采取有效的保護措施。目前，采煤機電機所使用的接線形式如圖1所示。在經過隔離開關之后，工頻電流將會被劃分為兩路，之后再分別利用交流接觸器、電流互感器與左、右截割電機形成有效連接。處于這種電動機連接的狀況下，電動機針對過載、欠載及短路等故障所發揮的保護作用主要是對各相的電流值進行測量，并對結果進行分析，判斷其是否滿足標準要求，從而開展有針對性的保護措施。但是，在現實應用的過程中，在測量各相電流值的時候會出現電流波動現象，對判斷結果的精確性造成影響[2]。

例如，620 kW的采煤機有著130 A的額定電流值，當其數值為1 300 A的時候，才可以明確線路是否存在短路問題。因此，應當為其設置0～1 300 A的電流變送器。通過型號的選擇可知，與以上各個要求相滿足的電流變送器具有0～1 600 A的量程，選擇量程較大的檢測設備本身就已經降低了測量的精確度，再由于過大的電流會對設備造成干擾，導致其所測量的電流出現較大的變化。因此，單單依靠軟件來完成電動機的短路保護動作，無法確定其是否可以滿足精確度的要求[3]。

圖1 常規采煤機電機的接線示意圖

1.2 漏電保護

目前，綜采作業面所運用的供電系統中，中性點大多不與地相接觸，采用這種形式來供電，即便發生了漏電問題，也無法及時檢測出。因此，在漏電保護裝置中應當單獨設置一個接地電源。通過深入調研可知，現有漏電保護裝置發揮保護作用的形式大多為附加直流電，其構造圖如圖2所示。

在實際運用的過程中，漏電保護裝置極易做出錯誤動作，且極易被燒毀，關鍵原因如下。

（1）漏電保護裝置基本都是采用電流互感器來檢測電流值，該設備的結構及形式較為簡單，外部磁場極易對其造成影響，進而使電流值無法得到準確的測量[4]。

（2）采煤機電動機所采用的漏電保護裝置都是利用電阻分壓來獲取電壓的，由于綜采工作面所處的環境較為惡劣，導致電阻分壓值發生變化時，基準電壓也將會受到一定的影響，最終將會導致該保護裝置發生錯誤動作。

（3）常規采煤機所采用的電動機漏電保護裝置主要是利用附加直流電的形式來發揮保護作用，無法對產生漏電的部位進行準確識別。當發生故障的時候，只有將所有的電源切斷，才可以發揮保護作用，這就對工作人員的檢修工作造成了較大的難度[5]。

圖2 漏電保護裝置原理圖

2 改良與優化故障保護裝置

2.1 短路保護

通過1.1節的研究可知，采煤機電機運用圖1所示的連線形式，其極易因設備干擾問題而不能實現短路保護作用。因此，為了改善這一問題，本文設計出了如圖3所示的接線圖。

圖3 改進后采煤電動機接線示意圖

由圖可知，采煤機電動機的各相在接入335 A的快速熔斷器之后，就可以將以上問題加以解決。通過接入熔斷器，可利用交流接觸器的先、后閉合來完成左、右截割機的啟動，而且熔斷器并不會因過高的啟動電流而出現短路問題。當某個截割電機出現電路短路的故障時，短路電流的實際值通常會遠遠超出額定值，熔斷器發生了瞬間短路現象，從而對截割電機起到了保護效果。這種接線方法并不會對各相電流值進行有效地測量，如果在各相中安裝熔斷器之后，就可以對短路故障起到保護作用[6]。

2.2 漏電保護

基于1.2節所開展的分析，針對漏電保護裝置的各個缺陷提出幾點改善措施。

（1）利用霍爾電流傳感器來替代檢測電路中的電流互感器。霍爾電流傳感器主要用于檢測磁通量，這個元件可以避免磁場造成的干擾，從而使電測試值具備較高的可靠性和精確性，如圖4所示。

圖4 霍爾電流傳感器電機漏電保護電路示意圖

（2）將電路中用于對基準電壓進行校驗的電阻部件換成TL341，并向其配置準確性較高的電阻。這種操作極大增強了基準電壓的準確性及合理性，避免檢驗工作出現失誤。

（3）由于日常所運用的漏電保護裝置不能有效地判斷出發生漏電的位置，因此，在所有漏電保護電路中添加PLC控制器和繼電器。PLC控制器主要是收集漏電信號，并進行分析處理，通過繼電器的一系列操作來完成電動機的漏電保護[7]。

（4）為了確保電機形成的反電動勢及變頻器存在的諧波不會對檢測電路造成影響，就必須設置濾波電路，盡可能避免漏電保護裝置受到外部因素的影響[8]，從而增強該裝置的穩定性，如圖5所示。

圖5 增設濾波電路后的漏電保護電路

3 結束語

采煤機在改良之后，其電動機短路保護動作的準確性、漏電保護設備的抗干擾性及穩定性均得到了增強，從而使采煤機的性能得到了極大改善。