煤礦主扇風(fēng)機(jī)電源快速切換裝置的應(yīng)用探析

趙曉峰

（晉煤集團(tuán)寺河礦， 山西 晉城 048204）

引言

目前，在礦井作業(yè)中尤其是在高瓦斯煤礦井作業(yè)中存在大量的瓦斯，而煤礦主扇在礦井中的主要作用是通風(fēng)，倘若主扇出現(xiàn)問題，很容易導(dǎo)致礦井發(fā)生爆炸。本文以晉煤集團(tuán)A礦為案例，對主扇風(fēng)機(jī)電源故障的解決方案進(jìn)行分析和研究，即通過對該礦主扇的改造，使出現(xiàn)電源故障的主扇能夠快速切換到正常回路電源，從而防止斷電，確保正常的工作。

1 A礦通風(fēng)主扇情況簡介

晉煤集團(tuán)A礦是大型的現(xiàn)代化高瓦斯礦井，年產(chǎn)量達(dá)到1 000萬t。該礦主扇包括2臺GAF33.5-19-1型軸流式通風(fēng)機(jī)，一臺作業(yè)一臺備用，均產(chǎn)自上海鼓風(fēng)機(jī)廠有限公司。電源通過母聯(lián)運(yùn)行，一回路熱備用、一回路運(yùn)行，其供電電源（802、801）分別源于35 kV變電站10 kV的兩段母線開關(guān)柜（520、519）。快速切換的裝置需安裝在主扇里面，把兩趟進(jìn)線電流、電壓與開關(guān)狀態(tài)信號連到快切裝置，作為收集停電原因的開端。

2 電源快速切換裝置的介紹

電源快切裝置的作用原理是兩段母線電源共同運(yùn)行，或者是母聯(lián)運(yùn)行，即一段母線電源熱備用，另一段母線電源運(yùn)行。在母線電源斷開時會發(fā)出斷路器的合閘和分閘的指令，工作電源跳開，并且母聯(lián)開關(guān)或者合備用電源將進(jìn)行快速切換。假設(shè)工作電源側(cè)存在問題，母線電流會流失，同時開關(guān)801會跳閘。由于電動機(jī)負(fù)荷存在機(jī)械慣性，母線相應(yīng)的反饋電壓值將會不停地降低。在該過程中，如果用電設(shè)備與供電裝置連接的時間點(diǎn)不正確，將會使得母線殘壓與備用供電設(shè)備的電壓差沖擊工作器件，進(jìn)而產(chǎn)生問題，無法進(jìn)行切換，母線的電流也將流失。基于以上原因和分析，要遵循可以自動化挑出最精確時間點(diǎn)的設(shè)備（PCS-9655S），該設(shè)備可以在正確的連接時間點(diǎn)進(jìn)行快速切換，具有較高的切換準(zhǔn)確性和可靠性[1]。

3 主扇風(fēng)機(jī)快切項目目標(biāo)

基于A礦主扇風(fēng)的機(jī)房系統(tǒng)情況分析，在主扇風(fēng)機(jī)快速切換過程中，當(dāng)其中一段母線失去電流時，在適合時間自動合備用電源的開關(guān)，迅速恢復(fù)供電，有效提高整個系統(tǒng)的智能化標(biāo)準(zhǔn)。因此，在礦井供電存在故障時，主扇風(fēng)機(jī)快速切換項目可以幫助及時恢復(fù)供電。特別是在高瓦斯礦井出現(xiàn)故障的情況下，在提高送電效率的同時，保證瓦斯不超標(biāo)，風(fēng)機(jī)也不停電，能夠真正實(shí)現(xiàn)煤礦作業(yè)不停電的理想狀態(tài)。

4 主扇風(fēng)機(jī)房配置的方案

結(jié)合A礦主扇風(fēng)機(jī)房具體的接線情況，其配置方案如下頁圖1所示，各項信號、模擬量如下：第一，兩條進(jìn)線c和a相保護(hù)電流，兩段母線三相進(jìn)線電壓；第二，在兩條進(jìn)線開關(guān)的常開輔助接點(diǎn)開關(guān)合位的時候，要開入1；第三，在母聯(lián)分段開關(guān)的常開輔助接點(diǎn)開關(guān)合位的時候，要開入1；第四，兩條進(jìn)線保護(hù)閉鎖的信號接點(diǎn)。設(shè)備PCS-9655S負(fù)責(zé)10 000 V終端母線的供電設(shè)備切換，其中10 000 V母聯(lián)是800，進(jìn)線是802和801。

5 快切設(shè)備的運(yùn)行路徑

當(dāng)主扇機(jī)發(fā)生故障的時候，可能會存在3個故障點(diǎn)，如下頁圖2所示。此時，快切設(shè)備運(yùn)行的路徑及作用分析如下。

1）若進(jìn)線開關(guān)801裝置跳開，檢無流啟動快切設(shè)備，迅速補(bǔ)跳進(jìn)線開關(guān)801，閉合備用電源的開關(guān)802，恢復(fù)工母電壓，風(fēng)機(jī)始終有電正常運(yùn)轉(zhuǎn)，低壓交流接觸裝置不會跳閘，供油設(shè)備可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2）若圖2中的K1發(fā)生故障問題（開關(guān)519跳開發(fā)生短路故障）：首先，快切裝置進(jìn)行20 ms的無流低頻啟動進(jìn)行快切，斷開進(jìn)線開關(guān)801（時間20 ms），合上備用的電源開關(guān) 802（時間 50 ms），進(jìn)而迅速恢復(fù)工母電壓（電壓值降為約80%），從而使得低壓交流接觸器不會因失電而跳閘，風(fēng)機(jī)保持有電，供油設(shè)備可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。其次，如果快切設(shè)備無法進(jìn)行無流低頻啟動，母線三相電壓共同降低，快切裝置則會進(jìn)行無壓啟動、殘壓切換，斷開進(jìn)線開關(guān)801（時間 20 ms），合上備用電源的開關(guān) 802（時間 50 ms），進(jìn)而使得工母電壓復(fù)原，風(fēng)機(jī)維持運(yùn)轉(zhuǎn)，而低壓交流接觸器將會失電跳閘，供油的設(shè)備不運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

3）若圖2中的K2發(fā)生故障問題：首先，進(jìn)線開關(guān)801執(zhí)行過流保護(hù)，并送出一副接點(diǎn)閉鎖快切設(shè)備；其次，進(jìn)線開關(guān)801拒動，越級斷開上級開關(guān)519，這時要想避免快切裝置啟動，合上問題母線，在快切裝置里設(shè)置大電流閉鎖，故障解決好后自行解除閉鎖。在以上過程中都有切換失敗或者切換閉鎖的報警提示，便于相關(guān)工作人員根據(jù)原計劃倒風(fēng)機(jī)。

4）若圖2中的K3發(fā)生故障問題：首先，開關(guān)805跳開進(jìn)行故障排除，快切裝置不反應(yīng)，開關(guān)805跳開，后臺監(jiān)控發(fā)出報警提示，此時相關(guān)人員按原計劃倒風(fēng)機(jī)；其次，開關(guān)805拒動，則和K2發(fā)生故障的問題解決方案一致。在以上過程中都有切換失敗或者切換閉鎖的報警提示，便于相關(guān)工作人員根據(jù)原規(guī)程倒風(fēng)機(jī)。

圖1 A礦主扇風(fēng)機(jī)房快切設(shè)備

6 快切裝置的邏輯判斷

在使用快切裝置進(jìn)行切換時，若是其他特殊故障或者是風(fēng)機(jī)故障，則不能草率地在主運(yùn)供電設(shè)備回路中連進(jìn)備用線路供電的設(shè)備，會加重事故的嚴(yán)重性。因此，在快速切換到備用回路之前要判斷分析轉(zhuǎn)換設(shè)備是否投入以及投入具體代碼。

第一，如果判斷出轉(zhuǎn)換設(shè)備未發(fā)生迅速變值且電流值較大，同時進(jìn)線開關(guān)無流低頻，則利用無流時間對快速切換裝置采取延時啟動。當(dāng)此時進(jìn)線開關(guān)跳開，則必須直接連進(jìn)備用供電的裝備；如果進(jìn)線控制電流的流入設(shè)備正常，轉(zhuǎn)換裝置先執(zhí)行跳進(jìn)線開關(guān)指令，進(jìn)線控制電流流入裝置跳閘信號發(fā)生回流，再次流進(jìn)備用供電的裝置，保證在斷開進(jìn)線開關(guān)故障時，風(fēng)機(jī)正常工作。若是因?yàn)槠渌麊栴}發(fā)生斷電或達(dá)到一回供電設(shè)備有問題時，則只能投進(jìn)其他回路供電的裝置中，進(jìn)而保持主扇風(fēng)機(jī)一直有電。第二，如果母線、負(fù)荷回路和進(jìn)線開關(guān)有過流問題而跳閘，且跳閘電流值較高，有問題的供電設(shè)備映射在控制進(jìn)線電流設(shè)備的CT中。快速切換裝置中提前設(shè)定過流大小，當(dāng)切換裝置達(dá)到該電流值時，產(chǎn)生主扇問題報警，切換裝置閉鎖，此時人工倒機(jī)操作投入備用的風(fēng)機(jī)進(jìn)行作業(yè)。第三，在切換過程中，如果備用線路沒有頻率和電壓時，則不切換且快速閉鎖轉(zhuǎn)換裝置，減少人工送電消耗的時間[3]。

圖2 故障點(diǎn)總覽

7 研究結(jié)論與展望

研究結(jié)論顯示，大部分礦井停工、主扇通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的故障點(diǎn)都是由于電源電路的問題，快速切換供電器件上的配件設(shè)備可以有效判斷故障發(fā)生的源頭，從而快速復(fù)原電流，維持風(fēng)扇機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證礦井生產(chǎn)的安全和效率。未來研究還可以繼續(xù)探究該研究設(shè)計方法是否對其他領(lǐng)域或者行業(yè)的供電設(shè)備故障排除有所啟發(fā)。