一種380V/660V雙電壓隧道鑿巖臺車電氣控制系統

孫崇君

（江西鑫通機械制造有限公司，江西 萍鄉 337009）

隧道鑿巖臺車（也稱鉆孔臺車）是一種隧道及地下工程采用鉆爆法施工的鑿巖設備。它主要有三臺電機分別為液壓系統、水系統和氣系統提供動力源。其中為液壓系統提供動力的主油泵電機功率較大，一般在幾十KW甚至更大，本文改電機是55KW,水泵電機和氣系統電機一般功率較小，本文這兩個電機都是3KW。他們在公路、鐵路隧道以及礦山井下使用時一般是交流380V供電或者660V供電中的一種供電方式。但近年來，越來越多的客戶因實際工況的需要，380V和660V同時存在，需要井下施工設備同時滿足兩種電壓的使用。因此，就需要考慮系統中三個電機以及控制變壓器如何適應上述工況。

1 控制方案分析

1.1 主泵電機(M1)的控制方案

主泵電機是整機的核心動力源，它為液壓系統提供動力，實現鑿巖臺車在隧道及地下工程采用鉆孔施工。本文的主泵電機功率為55KW,電機繞組接線方式為角型/星型，額定電壓380V/660V。也就是說該電機如果采用380V供電，繞組只能采用角型接法，同時因為380V額定電流104A,電流較大。此時為了減少電機啟動時對電網和設備的沖擊，一般采用星三角降壓啟動方式。

當電壓是660V時，電機額定運行電流只有59A,且繞組接法是星型，無法繼續采用星三角降壓啟動方式，因此只能采用直接啟動方式。

上述情況，我們需要一個轉換開關來控制電機在380V時接觸器采用星三角轉換降壓啟動方式，而當660V時，接觸器始終保持在星型方式，角型轉換接觸器始終不吸合動作。

1.2 水泵電機(M2)和空壓機電機(M3)控制方案

這兩個電機的功率較小，本文的電機額定功率是3KW，電機繞組接線方式為角型，額定電壓380V。因此該電機只能采用直接啟動方式，且只能用于380V。如果要用于660V,則只能增加一個660V轉為380V的變壓器，即這兩個電機無論是380V供電還是660V供電，都始終保持工作在380V電壓供電情況下。

1.3 660V轉380V專用變壓器的選擇

該變壓器主要作用是將交流660V轉化為交流380V,給兩個3KW的電機和控制變壓器提供電源，因此變壓器的容量選擇一定要充裕。

根據《工業與民用配電設計手冊》第三版273頁，對于有專用變壓器的場合，對頻繁起動的電動機，電動機容量必須小于變壓器容量的20%才能直接起動；對不頻繁起動的，小于30%可以直接起動。因此電動機的容量介于變壓器容量的20%～30%便是合適的。

1.4 控制變壓器方案

電氣系統的控制變壓器功率一般較小，本文的控制變壓器功率也僅有1.8KVA。功率小于水泵電機和空壓機電機，因此考慮控制變壓器同兩個小功率電機一樣，始終采用380V供電方法，660V時由1.2中提到的660V轉380V變壓器供電。

1.5 電壓切換方法

根據1.1～1.3中的方案，需要通過一個轉換開關在上電前進行轉換電壓等級，即在380V,主泵電機采用星角降壓啟動方式，水泵電機和空壓機電機采用直接啟動方式，三個電機都直接采用380V供電；660V供電時，水泵電機和空壓機電機則需要通過660V轉380V變壓器供電，而主泵電機啟動時只有星型接觸器始終吸合動作，角型接觸器不吸合動作，即仍采用直接啟動。

1.6 電動機過載保護方案

電動機過載保護在電機控制系統中是不可或缺的，如果選擇常用的熱繼電器作為過載保護元件，那么在兩種不同電壓的工作方式下，熱繼電器的參數值是否需要進行人工調整呢？

本文中的55KW主泵電機額定電流如下表。

表1 55KW主泵電機的額定電流

以施耐德熱繼電器為例，在380V星三角啟動，角型運行時，線電流=1.732＊相電流，安裝在繞組回路的熱繼電器通過的為相電流，其整定值應為58A,熱繼電器型號應選擇LRD3359C,其電流整定范圍是48A～65A。

在660V時,星型運行方式，其線電流=相電流，也就是說安裝在繞組回路熱繼電器在額定情況下流過的相電流等于線電流，即額定電流。所以其整定電流也可以按照58A設定。

綜上來看，熱繼電器的設定不需要進行調整。

2 具體控制方法

電壓轉換開關是一種多功能開關，其控制邏輯關系如圖1所示，在左側380V位置時，觸點1～2、5～6、9～10接通；在右側660V位置時，觸點3～4、7～8、11～12接通。

圖1 電壓轉換開關邏輯關系圖

如圖2，電壓等級轉換開關（1）連接控制變壓器（2）的輸入側的380V端子和660V端子，控制變壓器（2）的輸出側端子通過電壓等級轉換開關（1）的觸點分別連接660V控制接觸器（3）和380V控制接觸器（4）的控制線圈；660V控制接觸器（3）的主觸點輸入側接電源，其輸出側接660V變380V變壓器（8）；380V控制接觸器（4）的輸入側接電源，輸出側與660V變380V變壓器（8）的輸出側并聯，給電機M2（6）、電機M3（7）以及系統的控制回路供電。當供電電壓是380V時，通電前，電壓等級轉換開關（1）轉到左側380V指示位置，此時控制變壓器（2）輸入側380V通電，輸出側的380V控制接觸器（4）線圈得電，其主觸點閉合，給電機M2（6）、電機M3（7）以及系統的控制回路直接接通電源電壓380V。此時主電機（5）啟動時，首先星形接觸器（9）、和主接觸器（11）接通，延時數秒后，星形接觸器（9）斷電，角型接觸器（10）通電，電機持續運行。當供電電壓是660V時，通電前，電壓等級轉換開關（1）轉到右側660V指示位置，此時控制變壓器（2）輸入側660V通電，輸出側的660V控制接觸器（3）線圈得電，其主觸點閉合，660V變380V變壓器（8）的輸入側接通660V電源電壓，輸出側提供380V給電機M2（6）、電機M3（7）以及系統的控制回路直接接通電源電壓380V。此時主電機（5）啟動時，始終保持星形接觸器（9）、和主接觸器（11）接通，并持續運行。

圖2 電壓轉換開關示意圖

要特別強調的是，在送電前，務必確認電壓切換開關的位置是否與系統電壓一致，否則會造成電機等電氣件燒毀的嚴重事故。

3 結語

通過本文的分析可以看出，與現有技術相比較，本方案的有益效果是：在交流額定電壓380V和660V兩種供電環境中工作時，不再需要靠人工來切換電機接線端子的星形和角型接線方式，而只需要通過一個電壓等級切換開關來實現，大大提高了工作效率。