礦井移動(dòng)變電站問題分析與改進(jìn)

（同煤集團(tuán)煤峪口礦供電科 山西 037003）

引言

盡管近幾年國家在煤炭開采量上逐步提出調(diào)整，但可替代能源仍然有限，大型煤礦對(duì)煤炭的開采工作仍在進(jìn)行，較之前相比，人員的安全性、采煤工作的高效高產(chǎn)性、企業(yè)的效益性被更加重視，大型的采煤挖掘設(shè)備被使用，這使得礦井對(duì)電氣設(shè)備的容量和電力的負(fù)荷提出更高的要求，因此，變電站的建設(shè)成本就很高[1]。并且隨著煤炭挖掘工作的推進(jìn)，采區(qū)位置也在隨之發(fā)生著變化，相應(yīng)的電力設(shè)備也需要跟著調(diào)整位置，目前礦井下多采用移動(dòng)變電站來改善固定變電站所帶來的不便，移動(dòng)變電站能很好的改善固定式變電站需要不斷加長線纜的弊端，但其安全可靠和智能化快速診斷也被提出更高的要求[2]。移動(dòng)變電站的穩(wěn)定安全是保證井下設(shè)備順利作業(yè)，安全開采的重要一步，也是建設(shè)現(xiàn)代化礦井的必然選擇和發(fā)展趨勢。

1.礦井移動(dòng)變電站基本結(jié)構(gòu)和作業(yè)原理

圖1 礦井移動(dòng)變電站結(jié)構(gòu)示意圖

圖1為礦井移動(dòng)變電站的結(jié)構(gòu)示意圖，主要由變壓器部分，高壓側(cè)和低壓側(cè)組成。在設(shè)計(jì)礦井移動(dòng)變壓器時(shí)，為了能實(shí)現(xiàn)合理控制并達(dá)到井下的防爆要求，高壓側(cè)配置的高壓開關(guān)箱由高壓真空斷路器與保護(hù)箱組成，防止超壓、欠壓、漏電等故障[3]，同時(shí)搭配遠(yuǎn)程通信控制；低壓側(cè)采用低壓保護(hù)箱，配置PLC進(jìn)行問題分析，確保正常啟動(dòng)前各部分功能正常。礦井變電所一般采用隔爆型干式變壓器，用于給所在采區(qū)的井下大型設(shè)備供電，通過可移動(dòng)式的變壓器將中央變電所的6-10kV電壓轉(zhuǎn)換為0.4-3.3kV電壓，用于采煤機(jī)等設(shè)備的正常運(yùn)行。礦井移動(dòng)變電站的變壓器依據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)[4]，主要結(jié)構(gòu)為鐵芯柱上分布著兩個(gè)或者多個(gè)絕緣線圈，通電情況下，線圈周圍存在耦合的磁場。高壓側(cè)在通過額定電流時(shí)，線圈內(nèi)形成的感應(yīng)電流會(huì)產(chǎn)生電磁場，兩個(gè)或者多個(gè)不同線圈交替通電，鐵芯內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)交變磁場，而形成電勢，為設(shè)備供電。

2.礦井移動(dòng)變電站問題分析

(1)高壓側(cè)問題分析

高壓側(cè)常見問題、原因分析與排除步驟如表1所示。

表1 高壓側(cè)常見問題、原因分析與排除步驟

(2)低壓側(cè)問題分析

低壓側(cè)常見問題、原因分析與排除步驟如表2所示。

表2 低壓側(cè)常見問題、原因分析與排除步驟

3.改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

(1)硬件改進(jìn)設(shè)計(jì)

控制器采用新型的STM32芯片，該芯片在使用上更加集中智能，擁有很多最新的特性，在外設(shè)方面擁有優(yōu)勢，擁有包括ADC，DAC，RTC，DMA，TIMER，SPI，CAN等等的眾多外設(shè)。并且不同的外設(shè)都配置獨(dú)立的時(shí)間設(shè)置系統(tǒng)，因此，在調(diào)節(jié)不同外設(shè)的時(shí)間設(shè)置系統(tǒng)能夠達(dá)到降低系統(tǒng)功耗的效果。該芯片設(shè)置復(fù)位功能，復(fù)位后可切換為不停的模式，最常用的為工作模式、停止模式和等待模式，不同模式下，芯片的功耗不同。

低壓側(cè)故障診斷采用電壓跟隨電流設(shè)計(jì)，結(jié)合LM324芯片所具備的成本低性價(jià)比高的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)電壓跟隨電路，電路設(shè)計(jì)如圖2所示，外部采用單電源提供+6V直流電壓，通過采集電壓互感器(TV)和電流互感器(TA)二次側(cè)的電壓和電流實(shí)現(xiàn)問題檢測。

圖2 低壓側(cè)故障檢測-電壓跟隨電流設(shè)計(jì)

總線電路中需實(shí)現(xiàn)通訊信號(hào)和控制信號(hào)相互識(shí)別的功能，設(shè)計(jì)使用ADUMI201芯片和8X251芯片，做為驅(qū)動(dòng)芯片的8X251芯片能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)送和接受兩個(gè)功能，ADUMI201芯片做為控制和驅(qū)動(dòng)的重要部分，數(shù)據(jù)傳輸速度快，能耗低，同時(shí)內(nèi)部的隔離功能有效將數(shù)據(jù)隔離傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，在礦井復(fù)雜的工況下，可有效實(shí)現(xiàn)多信息同時(shí)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

(2)軟件改進(jìn)設(shè)計(jì)

礦井下環(huán)境復(fù)雜且粉塵多易爆炸因素多，因此斷容器采用真空型，主要通過真空度的采集以及真空度值的變化情況，來判斷是否需要發(fā)出警報(bào)，真空度值的變化量超出設(shè)定值，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示排查故障問題來源。如圖3所示的軟件程序?yàn)橹骶€的控制程序，在數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送上需緊密結(jié)合，保證數(shù)據(jù)的有效及時(shí)識(shí)別和傳輸，表現(xiàn)出高效性和穩(wěn)定性。

圖3 軟件程序設(shè)計(jì)

4.結(jié)論

通過分析移動(dòng)變電站的問題，提出改進(jìn)方案，實(shí)現(xiàn)井下數(shù)據(jù)智能傳輸，解決礦井移動(dòng)變電站持續(xù)運(yùn)行。

（1）礦井移動(dòng)變電站是井下開采的重要能源保障，根據(jù)高壓側(cè)和低壓側(cè)的常見問題的成因提出合理的對(duì)策，能及時(shí)、快速的排除故障，為礦井高效生產(chǎn)提供保障。

（2）通過控制器采用新型的STM32芯片，低壓側(cè)采用LM324芯片，升級(jí)系統(tǒng)信息處理能力，結(jié)合軟件設(shè)計(jì)上更加合理化，故障排查表現(xiàn)出高效性，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性。