礦井局部通風機多路輸出智能分級切換應急后備電源裝置的研發與應用

張曉遷

摘要：在礦井采區變電所高、低壓“雙回路”停電后，若無法及時恢復局部通風機的供電，則容易導致掘進工作面局部通風機停運而引發瓦斯聚集超限，嚴重威脅工作人員的人身安全。因此，為提高煤礦井下局部通風機供電的穩定可靠性，結合廠家研發的井下局部通風機多路輸出智能分級切換應急后備電源，解決了礦井采區變電所高、低壓“雙回路”停電后造成的局部通風機停運事故，能夠快速切換恢復掘進工作面局部通風機的供電，保證井下局部通風機正常運轉。

關鍵詞：煤礦機電裝備；供電系統；局部通風機；應急后備電源裝置

中圖分類號：TD611.2文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0058-03

Development and Application of Multi Output Intelligent Hierarchical Switching Emergency Backup Power Supply Device for Mine Local Fan

ZHANG Xiaoqian（Dashu Village Mine of Jizhong Energy Fengfeng Group， Handan Hebei 056100）

Abstract： After the high-voltage and low-voltage "double circuit" power failure of the substation in the mining area of the mine， the power supply of the local ventilator cannot be restored in time， resulting in the shutdown of the local ventilator in the heading face， resulting in gas accumulation exceeding the limit， which seriously threatens personal safety. Therefore， in order to improve the stability and reliability of the power supply of the underground local ventila？ tor， combined with the underground multi output intelligent hierarchical switching emergency backup power supply of the local ventilator developed by the manufacturer， our mine has solved the shutdown accident of the local ventila？ tor caused by the high and low voltage "double circuit" power failure of the substation in the mining area， and can quickly switch and restore the power supply of the local ventilator in the heading face， ensure the normal operation of underground local fan.

Keywords： coal mine electromechanical equipment；power supply system；local fan；emergency backup power supply de？ vice

1基本情況

在煤礦生產中，“一通三防”工作是決定礦井安全生產的關鍵性因素。冀中能源峰峰集團大淑村礦掘進工作面采用“三專兩閉鎖”主、備雙局部通風機供風，供電電源分別取自采區變電所的不同母線段。正常情況下，主扇工作，備扇備用[1]。當主扇一路供電電源掉電后，備扇自動切換運行。即使如此，在礦井遇到自然災害及設備故障造成礦井采區變電所高、低壓“雙回路”停電后，若無法及時恢復局部通風機的供電，則容易導致掘進工作面局部通風機停運引起瓦斯聚集超限，嚴重威脅工作人員的人身安全。為提高煤礦井下局部通風機供電的穩定可靠性，在遇到礦井采區變電所高、低壓“雙回路”停電后，如何能快速切換恢復掘進工作面局部通風機的供電，防止瓦斯集聚超限，已經成為機電專業工作的重中之重。結合廠家研究開發的局部通風機多路輸出智能分級切換應急后備電源，該礦解決了礦井采區變電所高、低壓“雙回路”停電后造成的局部通風機停運事故，保證了井下局部通風機的正常運轉。

2研究過程

2.1項目實施的目的和意義

①避免因礦井供電系統出現故障，發生高、低壓“雙回路”停電而引發的局部通風機停運事故。②分析“三風機、三電源”在井工煤礦局部通風機中運用的優勢，研究局部通風機系統在井工煤礦中的運用方法。③主、備扇均停電的情況下，局部通風機應急后備電源系統能夠智能自動投入運行，并且多路輸出分級控制，向不同掘進工作面的應急局部通風機供電，保證其正常運轉。④實現由地面控制室遠程監測、控制等功能。

2.2項目現狀

現在各礦井掘進工作面采用“雙局部通風機、雙電源”局部通風模式，且正常工作的局部通風機采用三專（專用開關、專用電纜、專用變壓器）供電。大部分礦井下局部通風機供電電源受條件所限，均取自同一變電所的兩段母線。變電所定期檢修過程中會出現單電源供電的情況，一旦電源停電，可能會造成掘進工作面停風而引發瓦斯超限的事故。

3實施方案

3.1裝置組成

局部通風機多路輸出智能分級切換應急后備電源由NJ-90/960f礦用隔爆兼本質安全型通風機逆變器（額定功率90 kW，輸出交流660 V電流90 A）、3組DXT320/ 210防爆特殊型電源裝置（單組電池電壓320 V，3組電池總電壓960 V）及ZJC80/504K（A）礦用隔爆兼本安型充電機組成。

3.2系統配置

系統采用礦用隔爆兼本安型充電機向3組防爆特殊型電源裝置充電，充滿電后由電池組向礦用隔爆兼本質安全型通風機逆變器供電。逆變器智能監測主、備扇饋電開關帶電運行情況，當發生停電后，由逆變器向應急局部通風機供電，保持掘進工作面持續供風。系統配置流程如圖1所示。

3.3技術關鍵

蓄電池局部通風機應急后備電源采用3個隔爆型特殊電源裝置串聯輸出直流960 V電源給逆變器供電，智能監測局部通風機主、備扇饋電開關帶電合閘運行情況。當主、備扇饋電開關分別都失電掉閘后，逆變器自動切換投入運行，輸出660 V交流電向應急局部通風機供電，保證局部通風機正常運行，在一定時間內確保井下掘進巷道的空氣不間斷供給。當任意一路主、備扇饋電開關恢復供電時，逆變器由運行自動切換至備用。

4系統特點

①實現主備扇均停電情況下，局部通風機應急后備電源系統能夠智能自動投入運行，向應急局部通風機供電，保證局部通風機正常運轉。②在掘進工作面安裝第三臺應急局部通風機，在礦井兩路供電都發生故障時自動切換運行，極大地提高了局部通風機的可靠性。③實現局部通風機饋電開關的電源實時監測。④實現由地面控制室遠程控制逆變器啟、停功能，可同時帶動3個掘進工作面的應急局部通風機，實現了多路輸出智能分級切換啟動。

5工作原理

局部通風機多路輸出智能分級切換應急后備電源安裝在采區變電所或配電點專用回風巷附近，采用3個隔爆特殊型電源裝置串聯輸出直流960 V電源給逆變器供電，智能監測局部通風機主、備扇分切饋電開關帶電合閘運行情況。當任意一路主、備扇饋電開關分別同時失電掉閘后，逆變器自動切換投入運行10 s后輸出660 V交流電源向第三臺應急局部通風機供電，同時在另一路主、備扇饋電開關也發生掉閘失電后，逆變器由運行切換至停止，再次啟動輸出兩路電源向故障的兩路掘進工作面應急風機供電。當任意一路主、備扇饋電開關恢復供電時，逆變器自動由運行切換至停止，再次啟動只對故障的另一路輸出供電。在兩路主、備扇饋電開關的任意一臺主、備扇開關恢復供電時，逆變器自動切換至備用。

6創新點

①主、備扇饋電開關采用智能電壓監測技術，在發生礦井采區變電所高、低壓“雙回路”停電時，主、備扇饋電關失電掉閘后，逆變器自動由備用切換至運行。當任意一路主、備扇饋電開關恢復供電時，逆變器由運行自動切換至備用[2]。

②電機軟啟動。電機硬啟動時會產生大電流，對電池造成嚴重的沖擊，縮短了電池的使用壽命。使用智能逆變器后，逆變器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始變化，最大值不超過過流保護值，降低了對電池的要求和后續的維護費用。

③實現了由地面控制室遠程控制逆變器啟、停功能[3]。

④可同時帶動3個掘進工作面的應急局部通風機運行，做到了多路輸出智能分級切換啟動[4]。

⑤逆變器具有高輸出轉矩、低噪聲的特點，內置DTC控制功能，具有軟啟動特性，可根據現場局部通風機運行工況進行變頻調速[5]。

⑥逆變器具有多種保護功能。短路保護：逆變器輸出端任意兩相出現短路時，逆變器不能工作，且有故障顯示。缺相保護：輸入缺相時，逆變器不能啟動；輸出缺相時，應停止輸出，且有顯示功能。過載保護：當加載至1.2倍額定電流時，應在5 min內執行保護動作，封閉輸出，并且有故障顯示。過壓、欠壓保護：當輸入電壓高于額定電壓的110%時，執行過壓保護動作并且有故障顯示；當輸入電壓低于額定電壓的85%時，執行欠壓保護動作并且有故障顯示。IGBT過熱保護：當IGBT散熱片溫度超過75℃時，逆變器掉電，且有故障顯示。

⑦智能逆變器輸出至風機的引出線可長達800 m，保證局部通風機可靠運行。

7應用情況

7.1安全效益

我國煤礦每年因供電系統導致局部通風機停運而引發的掘進工作面瓦斯超限事故屢見不鮮，給個人、企業及社會帶來了巨大的傷害和損失。采用應急后備電源裝置，提高了礦井供電系統的穩定性及可靠性，有效避免了因礦井井下采區變電所高、低壓“雙回路”停電造成局部通風機停運瓦斯超限事故，為礦井的安全生產打下了堅實基礎，給企業帶來了巨大的安全效益。

7.2經濟效益

采用蓄電池發電，再由逆變器輸出660 V交流電源，造價成本低，維護及使用簡單，運行可靠穩定。在發生井下采區變電所高、低壓“雙回路”停電事故后，可維持掘進工作面單臺2×30 kW局部通風機供電5 h以上，確保了煤礦職工的人身安全，避免了重大災害事故的發生，可大幅降低直接經濟損失，其經濟效益不可估量。

7.3社會效益

煤礦生產中最重要的生產環節就是“一通三防”，煤礦供電系統的穩定性直接影響礦井“一通三防”的工作。應急后備電源裝置運行穩定可靠，徹底解決了因井下采區變電所高、低壓“雙回路”停電造成局部通風機停運引起瓦斯超限事故等問題。該裝置運行效果良好，結構簡單，維修、操作方便，大大提高了礦井井下局部通風機供電系統的安全性和可靠性，具有顯著的社會效益和廣泛的應用前景。

8結語

整個系統設計先進，保護性能完善可靠，安全性能顯著提高，解決了在礦井采區變電所高壓、低“雙回路”停電后無法及時恢復局部通風機的供電，從而導致掘進工作面局部通風機停運而引發瓦斯聚集超限事故的問題。自安裝投入運行以來，系統運行效果良好，優點突出，保證了礦井局部通風機的安全運轉，提高了供電系統的穩定性，具有顯著的社會效益和廣泛的推廣應用前景。

參考文獻：

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