主排水泵控制開關(guān)電流保護設(shè)計及應(yīng)用

李 佳

（山西潞安礦業(yè)有限責任公司漳村煤礦， 山西 長治 046000）

引言

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，在煤礦井筒開鑿到底后，應(yīng)當先施工永久排水系統(tǒng)。水害作為煤礦的災(zāi)害之一，在采區(qū)施工前，必須先建立排水系統(tǒng)，而主排水泵作為排水系統(tǒng)的核心設(shè)備，在設(shè)計和運行中有著嚴格的要求。煤礦中主排水泵一般使用多級離心泵，除正常運行的損耗外，水泵空轉(zhuǎn)是對水泵本身傷害最大的因素，而造成水泵空轉(zhuǎn)最大的原因是人為因素。在水泵運行期間，水泵司機巡查不到位，未巡查水倉水位和電流，但水泵本身又沒有防止水泵空轉(zhuǎn)的設(shè)施和保護，就很容易造成水泵空轉(zhuǎn)，嚴重情況導致水泵燒壞。水泵的控制開關(guān)主要保護的是水泵電機和人身安全，其主要保護有：短路、過流、過載、漏電。在主排水泵的整個保護中，沒有防止水泵空轉(zhuǎn)的保護和設(shè)施，主要是靠水泵司機的巡查、觀察水位或電流值等來啟停水泵。所以需要針對主排水泵空轉(zhuǎn)進行保護設(shè)計，這樣在主排水泵空轉(zhuǎn)時，能及時斷電，繼而防止水泵燒壞，提升主排水系統(tǒng)的可靠性。

1 主排水泵的重要性

主排水泵作為煤礦的五大件之一，屬于煤礦一類負荷，它的正常運行關(guān)系著礦工的生命安全和煤礦的經(jīng)濟財產(chǎn)、正常生產(chǎn)，對礦井的作用至關(guān)重要。主排水泵在空轉(zhuǎn)情況，對水泵的損害是致命的，如何避免水泵空轉(zhuǎn)，減少損害，從控制開關(guān)的保護著手，從源頭進行控制。

在此次的論文設(shè)計過程中，主要針對主排水泵空轉(zhuǎn)時控制開關(guān)的保護動作，分析研究主排水泵的電流運行變化，在控制開關(guān)原有的保護器上進行研究設(shè)計的低電流保護。

2 事故經(jīng)過

漳村煤礦中央泵房共有7臺主排水泵，主排水泵房供電回路控制開關(guān)為BGP50-6型高壓真空配電裝置，開關(guān)保護器為ZBT-11型高開綜合保護器。某中央泵房主排水泵型號為MD280-65*7型多級耐磨離心泵，使用電機為YB2-4504-4型隔爆三相異步電動機，額定功率710 kW，額定電壓6 kV，額定電流83.1 A，水泵額定排量280 m3/h，額定揚程455 m，必須氣蝕余量3.7 m。2015年7月，某中央泵房值班員在零點班值班期間，巡查水倉水位升起來后，正常啟動6號水泵，運行電流62 A。水泵運行期間，值班員疏忽大意，未按規(guī)定每小時巡查一次，未能及時發(fā)現(xiàn)水倉水位下降，運行電流低于50 A，造成巡查不到位，水泵空轉(zhuǎn)達半個小時，導致水泵損壞，造成重大經(jīng)濟損失[1-2]。

3 控制開關(guān)保護器的主要保護功能

如下頁圖1所示為保護器硬件原理框架圖。

主排水泵高壓控制開關(guān)的保護主要有：短路保護、定值限過流保護、過載保護、漏電保護、低（欠）電壓保護、過電壓保護、零序過壓保護等。

一般的高壓開關(guān)電流保護為三段式電流保護，包括短路保護、過流保護、過載保護，主要是用于保護電機不被大電流燒壞，沒有低電流保護。而主排水泵在空轉(zhuǎn)情況下，電流遠低于電機的額定電流，不會損壞電機，但長時間的空轉(zhuǎn)會燒壞水泵，且控制開關(guān)的保護不會動作。

4 電流保護的設(shè)計及應(yīng)用

本次電流保護的設(shè)計是基于ZBT-11型高開綜合保護器，保護器采用32位高性能嵌入式處理器ARM作為CPU，程序存儲采用FLASH存儲器。采用模塊化的程序設(shè)計、嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的軟件平臺，能靈活增減功能模塊。

在主程序中寫入低電流跳閘程序，電流整定（二次側(cè)電流值）的范圍為0.01～99.99 A，電流時限0.01～99.99 s。程序編程完成后，將程序存儲到FLASH存儲器。對于需要使用低電流保護的設(shè)備，只需把開關(guān)內(nèi)保護器的存儲器進行更換，不需更換整個保護器，節(jié)約成本的同時，又快捷便利，能夠滿足不同型號、不同功率的電機的需要。

圖1 保護器硬件原理框架圖

5 應(yīng)用效果

漳村煤礦泵房主排水泵運行時電流值在52～80A之間，排水電流值低于50 A時，主排水泵為空轉(zhuǎn)，高于80 A時，為過流故障。

將設(shè)計好的存有低電流保護的存儲器更換到1號泵控制開關(guān)的保護器中，設(shè)置低電流值52 A，低電流延時20 s。正常啟動1號水泵，電流65 A，排水管路的流量計的實時流量為295 m3/h，觀察水泵電流運行值，在水位降到低水位時，電流降到60 A，并逐步下降，主排水管路的流量計的實時流量逐步降低，當實時流量為190 m3/h，開關(guān)電流52 A，開關(guān)保護動作。

使用低電流保護后，將水泵運行電流設(shè)置在規(guī)定運行上限和下限范圍內(nèi)，不管運行的電流過高還是過低，都能及時動作，保護靈敏可靠，能更保證水泵及電機安全的運行[3-4]。

歸納使用低電流保護的效果有：安裝低電流保護后，在水泵空轉(zhuǎn)試驗中，開關(guān)能及時動作跳閘，保護水泵；從根本上杜絕了水泵空轉(zhuǎn)故障，減少人為因素、管路故障等原因造成水泵空轉(zhuǎn)而損壞水泵，減少經(jīng)濟損失。

6 結(jié)語

隨著科技的進步，煤礦控制系統(tǒng)越來越自動化智能化，主排水系統(tǒng)在向自動化方向逐步升級，主排水泵房也在逐步由有人值守轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人值守，實現(xiàn)遠程控制。同時，隨著環(huán)保意識的增加，礦井污水處理逐步實現(xiàn)規(guī)范化、井下現(xiàn)場化，主排水系統(tǒng)實現(xiàn)清水排放，對主排水系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制是一個很大的推進。在主排水系統(tǒng)的自動化控制中，控制開關(guān)的低電流保護也會起到重要作用。