煤礦地面供電設(shè)備自動(dòng)巡檢裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

陳 文

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司， 山西 大同 037031）

引言

煤礦地面供電設(shè)備是保證煤礦井上井下穩(wěn)定生產(chǎn)的重要供電設(shè)施，為了保證地面6 kV 供電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低設(shè)備故障率，需定期對6 kV 供電設(shè)備進(jìn)行巡檢，傳統(tǒng)方式主要采用人工進(jìn)行巡檢，但是在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，采用人工對6 kV供電設(shè)備進(jìn)行巡檢時(shí)，不僅勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大、巡檢效率低，而且巡檢精度低，供電設(shè)備在后期運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)故障，不利于地面供電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

為了解決這一技術(shù)難題，晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司供電中心決定對地面供電設(shè)備采用一套自動(dòng)巡檢裝置，并進(jìn)一步對該裝置的結(jié)構(gòu)，工作原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用展開分析。

1 地面供電設(shè)備自動(dòng)巡檢裝置結(jié)構(gòu)

1）供電設(shè)備自動(dòng)巡檢裝置主要由機(jī)械部分和電控部分組成，其中電控部分主要包括位置指示傳感器、PLC 控制器和控制主機(jī)[1-2]；機(jī)械部分主要包括軌道、電動(dòng)車、電極片、調(diào)節(jié)螺桿、電動(dòng)升降桿、齒輪組、第一電機(jī)、副視頻頭、主視頻頭、板部、耳部、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、車輪、第二電機(jī)、皮帶傳動(dòng)、底片部、頂片部等部分組成，如圖1 所示。

圖1 供電設(shè)備自動(dòng)巡檢裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2）軌道共計(jì)兩根，軌道間距為0.6 m，在雙軌道上方安裝接觸式電動(dòng)車，軌道與電動(dòng)車電極片接觸式連接，同時(shí)軌道與12 V 直流電源的電極連接以及與安裝有煤礦供電地面6 kV 變電設(shè)備的地基連接。

3）利用電動(dòng)車使軌道、電極片、調(diào)節(jié)螺桿、電動(dòng)升降桿和第一電機(jī)形成完整的巡檢系統(tǒng)，電動(dòng)車車輪與雙軌道進(jìn)行連接，板部分別與電極片、調(diào)節(jié)螺桿、電動(dòng)升降桿以及第一電機(jī)的連接，由耳部、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、第二電機(jī)和皮帶傳動(dòng)構(gòu)成電動(dòng)車的行走系統(tǒng)[3-4]。

4）電極片主要包括底片部和頂片部，頂片部為矩形條狀體，且上部與調(diào)節(jié)螺桿采用接觸式連接；電極片與電車、電動(dòng)升降桿以及電機(jī)的電源接口進(jìn)行連接形成供電回路；底片部下端頭與軌道接觸式連接；底片部設(shè)置為字形板狀體，底片部上端頭與電動(dòng)車連接。

5）調(diào)節(jié)螺桿設(shè)置為六角螺栓并且調(diào)節(jié)螺桿與電動(dòng)車螺紋式連接，調(diào)節(jié)螺桿的下端頭與電極片接觸式連接。通過調(diào)節(jié)螺桿形成了對電動(dòng)車和電極片的支撐連接點(diǎn)。

6）電動(dòng)升降桿外殼下端與齒輪組連接，其下上端與副視頻頭，伸縮端頭與主視頻連接，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)升降桿高度從而控制主副視頻拍攝范圍[5-6]。

7）通過副視頻頭和主視頻頭，形成了對電動(dòng)升降桿的支撐連接點(diǎn)，由副視頻頭和主視頻頭實(shí)現(xiàn)了與電動(dòng)升降桿的連接，主要用于監(jiān)測電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和對地面6 kV 變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

8）位置傳感器分別安裝至軌道以及供電設(shè)備上，主副視頻頭輸出接口分別與PLC 控制器的輸入接口連接，PLC 控制器與控制主機(jī)通信式聯(lián)接并且PLC 控制器的輸出接口分別與電機(jī)控制器、電動(dòng)升降桿控制器連接。

9）通過位置指示傳感器、PLC 控制器以及控制主機(jī)形成了對電機(jī)、電動(dòng)升降桿的支撐連接點(diǎn)，用于對電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制和對地面6 kV 變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

2 自動(dòng)巡檢裝置工作原理及應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 工作原理

1）首先在需要巡檢的供電設(shè)備四周鋪設(shè)雙軌道，然后把電車安裝在軌道上，通過調(diào)節(jié)螺桿使之與電極片的頂部片連接，并將底部片下壓使12 V 供電電源分別與電機(jī)、主副視頻連接供電。

2）電機(jī)接通電源后通過帶動(dòng)傳動(dòng)帶驅(qū)使電車運(yùn)動(dòng)，同時(shí)第一電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后帶動(dòng)齒輪組使電動(dòng)升降桿在板部中轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了副視頻頭360°旋轉(zhuǎn)，保證副視頻，從而實(shí)時(shí)收集電車在軌道運(yùn)行情況。

3）通過電動(dòng)升降桿上下伸縮運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)主視頻頭對6 kV 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，根據(jù)不同尺寸設(shè)備調(diào)整主視頻頭高度，從而實(shí)現(xiàn)對供電設(shè)備巡檢的目的。

2.2 應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)

2.2.1 裝置結(jié)構(gòu)簡單

1）自動(dòng)巡檢裝置結(jié)構(gòu)相對簡單，便于操作維護(hù)，設(shè)備在運(yùn)行過程中故障率低，整套裝置成本費(fèi)用為0.67 萬元。

2）自動(dòng)巡檢裝置不僅可用于地面不同種類的供電設(shè)備巡檢，而且還可對井下大型采區(qū)變電所供電設(shè)備巡檢，實(shí)用性強(qiáng)。

2.2.2 巡檢自動(dòng)化水平較高

1）自動(dòng)巡檢裝置通過軌道和電動(dòng)車實(shí)現(xiàn)了主視頻頭與煤礦供電地面6 kV 變電設(shè)備靠近的目的，由主視頻頭對礦供電地面6 kV 變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)的監(jiān)視，不再通過人的看、觸、聽、嗅等感官對設(shè)備狀況進(jìn)行判斷，因此提高了對煤礦供電地面6 kV 變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視效率[7]。

2）自動(dòng)巡檢裝置通過電極片、調(diào)節(jié)螺桿從而實(shí)現(xiàn)對裝置進(jìn)行直流供電，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)升降桿高度實(shí)現(xiàn)主視頻頭對煤礦供電地面6 kV變電設(shè)備的監(jiān)視高度調(diào)節(jié)。

3）巡檢裝置利用齒輪組第一電機(jī)和副視頻頭從而保證電動(dòng)車在軌道上的自動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)；利用位置指示傳感器、PLC 控制器和控制主機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對裝置自動(dòng)控制，提高了裝置自動(dòng)化水平。

2.2.3 巡檢效果好

1）降低作業(yè)強(qiáng)度：煤礦地面變電站采用自動(dòng)巡檢裝置進(jìn)行供電設(shè)備巡檢時(shí)，整個(gè)巡檢過程中只需1 人跟機(jī)即可，與傳統(tǒng)人工巡檢相比，作業(yè)人員減少2~3人，不僅降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，還節(jié)省了勞動(dòng)成本費(fèi)用。

2）提高巡檢質(zhì)量：巡檢裝置可根據(jù)不同設(shè)備尺寸通過升降電動(dòng)升降桿實(shí)現(xiàn)對供電設(shè)備全方位巡檢，巡檢準(zhǔn)確率高，而人工采用觀察、視聽對設(shè)備檢查，誤差率高、效率低。

2.2.4 存在的問題

該巡檢裝置在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問題，需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面[8]：

1）該裝置中電車在軌道上運(yùn)動(dòng)，造成變電站內(nèi)軌道安裝數(shù)量多、占地面積大，對小型變電站軌道安裝時(shí)難度大。

2）與傳統(tǒng)人工巡檢相比，巡檢裝置大大降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，但是在巡檢過程中仍需要1 名操作人員隨機(jī)巡檢，無法實(shí)現(xiàn)無人作業(yè)。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

雁崖煤業(yè)供電供電供電科于2021 年2 月對地面6 kV 供電設(shè)備采用了一套自動(dòng)巡檢裝置，截止2021年8 月通過6 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來看，有效提高了設(shè)備巡檢效率，通過與傳統(tǒng)人工巡檢對比分析結(jié)果如表1 所示。

表1 供電設(shè)備自動(dòng)巡檢裝置應(yīng)用效果對比分析

通過表1 可知，地面6 kV 供電設(shè)備采用自動(dòng)巡檢裝置進(jìn)行巡檢后，單次巡檢時(shí)間由原來的2.4 h 縮短為1.1 h，縮短了2 倍；每次巡檢時(shí)由傳統(tǒng)人工巡檢3 人作業(yè)減少1 人作業(yè)，降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度及勞動(dòng)成本費(fèi)用；采用自動(dòng)巡檢裝置進(jìn)行巡檢時(shí)巡檢精度相比人工巡檢提高了1.5 倍，同時(shí)單次巡檢費(fèi)用減少了0.168 萬元。

4 結(jié)語

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司針對地面6 kV 供電設(shè)備傳統(tǒng)人工巡檢時(shí)出現(xiàn)了效率低、勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大、費(fèi)用高等技術(shù)難題，因此，采用了一套自動(dòng)巡檢裝置，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，該裝置在實(shí)際應(yīng)用時(shí)自動(dòng)化水平高、靈敏度高、便于操作維護(hù)、故障率低等具有優(yōu)點(diǎn)，有效提高了供電設(shè)備巡檢效率，降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，有效保證了地面供電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，取得了顯著應(yīng)用成效。