SL750 采煤機(jī)先導(dǎo)回路改造分析

張萬(wàn)永，李卓明，蘇良碧

（中煤平朔發(fā)展集團(tuán)有限公司井工設(shè)備維修中心，山西朔州 036002）

0 引言

SL750 系列采煤機(jī)是當(dāng)前較為先進(jìn)的采煤機(jī)，一直是平朔井工礦開采的主力機(jī)型，服役已達(dá)10 年之久，其機(jī)械部分強(qiáng)度耐久性好，但電控系統(tǒng)部分老化，維修復(fù)雜，進(jìn)口備件成本高、采購(gòu)周期長(zhǎng)，甚至有些機(jī)型配件停產(chǎn)，嚴(yán)重影響維修工期。同時(shí)由于電控系統(tǒng)的核心技術(shù)掌握在國(guó)外采煤機(jī)廠商手中，給現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、升級(jí)造成相當(dāng)大的困難。當(dāng)前礦井建設(shè)對(duì)現(xiàn)代化、國(guó)產(chǎn)高效的煤機(jī)設(shè)備提出巨大的市場(chǎng)需求，國(guó)產(chǎn)化電控系統(tǒng)改造，順應(yīng)市場(chǎng)形勢(shì)，對(duì)于減少對(duì)國(guó)外煤機(jī)廠商技術(shù)依賴，降低配件采購(gòu)成本，縮短配件供應(yīng)周期，加快綜采設(shè)備國(guó)產(chǎn)化智能建設(shè)，具有積極意義。

1 先導(dǎo)回路工作原理

1.1 先導(dǎo)回路介紹

很多煤礦設(shè)備采用先導(dǎo)電路控制設(shè)備啟停，有了先導(dǎo)電路，操作人員開關(guān)大型設(shè)備就像低壓電路的先導(dǎo)開關(guān)一樣方便安全。當(dāng)先導(dǎo)回路導(dǎo)通時(shí)，主回路線圈通電閉合帶動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。采煤機(jī)先導(dǎo)開關(guān)安裝在設(shè)備內(nèi)，通過(guò)順槽開關(guān)線纜供電。線纜一般有5 條導(dǎo)線，3 條動(dòng)力線、1 條先導(dǎo)線和1 條地線組成。使用先導(dǎo)回路主要為了安全。先導(dǎo)回路可保證大型設(shè)備在斷電或跳閘后不能自啟動(dòng)，接地故障時(shí)也無(wú)法啟動(dòng)，遇到緊急情況可直接切斷先導(dǎo)開關(guān)。同時(shí)由于大電流電路斷開，主觸點(diǎn)處的電弧會(huì)很嚴(yán)重，因此最好讓電弧發(fā)生在遠(yuǎn)離煤機(jī)工作面位置，由于先導(dǎo)回路可使電弧產(chǎn)生在配電箱隔爆外殼內(nèi)，從而保障了安全。

1.2 SL750 采煤機(jī)先導(dǎo)回路工作原理

SL750 采煤機(jī)先導(dǎo)回路分為兩部分，先導(dǎo)啟動(dòng)回路和先導(dǎo)測(cè)試回路，工作原理如圖1 所示。啟動(dòng)回路工作原理如下：

圖1 SL750 采煤機(jī)先導(dǎo)回路原理

順槽開關(guān)送電，按下隔離開關(guān)聯(lián)鎖按扭A17S3，合上隔離開關(guān)A17Q1，隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)帶動(dòng)輔助開關(guān)A17S1、A17S2 動(dòng)作，常開輔助觸點(diǎn)A17S1 閉合，常閉觸點(diǎn)A17S2 斷開，此時(shí)順槽開關(guān)先導(dǎo)電源經(jīng)先導(dǎo)線P 至高壓控制箱A17S2 插頭的0#端子至A17S3 的常閉接點(diǎn)，經(jīng)A17S1，拉線急停開關(guān)A10S1，經(jīng)30 Ω 電阻A10R5，采煤機(jī)停止按鈕A7S2，左甲烷傳感器21-B7 常閉觸點(diǎn)，右甲烷傳感器常閉觸點(diǎn)，經(jīng)隔離耦合模塊A10E53，再經(jīng)A10V4 的二極管，至接線排A10X11 的PE 端子到接地端，通過(guò)電纜接地線回到順槽開關(guān)的接地端構(gòu)成先導(dǎo)回路。

啟動(dòng)采煤機(jī)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕A17S1，先導(dǎo)線經(jīng)A17S3、A17S1、啟動(dòng)按鈕A7S1，短接起動(dòng)電阻A1025，3 s 后松開啟動(dòng)按鈕A7S1，順槽開關(guān)先導(dǎo)回路中串入30 Ω 啟動(dòng)電阻形成啟動(dòng)下降沿，順槽開關(guān)中的采煤機(jī)接觸器吸合采煤機(jī)得電。

先導(dǎo)測(cè)試回路由檢測(cè)線、撥斷開關(guān)A10S2、先導(dǎo)試驗(yàn)按鈕A10S5、限流電阻A10R4、顯示燈A10H4 組成。撥斷開關(guān)撥到7個(gè)擋位，按下A10S5 可測(cè)試7 條不同的線路，通過(guò)觀察顯示燈狀態(tài)，確定先導(dǎo)啟動(dòng)線路不同端子處的連接情況，A17S3、A17S2、A10S1、A7S1、A7S2 以及瓦斯斷電儀常閉觸點(diǎn)是否正常。

2 改造要求

電氣系統(tǒng)改造主要考慮需求匹配。①改造要滿足原來(lái)的功能需求，性能不能降低；②由于本次改造僅針對(duì)電氣系統(tǒng)，機(jī)械液壓系統(tǒng)不作調(diào)整，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮系統(tǒng)與實(shí)際的匹配程度，涉及機(jī)械和液壓系統(tǒng)時(shí)要注意接口匹配，也要滿足井下的防爆要求；另一方面還要避免原回路不足，原先導(dǎo)回路啟動(dòng)時(shí)無(wú)法做出預(yù)警，存在安全隱患，設(shè)備安全性有待提高，同時(shí)由于線路本身限制，采煤機(jī)接入不同組合開關(guān)時(shí)，往往需要更換先導(dǎo)電阻，影響工作效率；③改造時(shí)要滿足自動(dòng)化和智能化要求，預(yù)留出后續(xù)升級(jí)改造接口，提高可拓展性。

3 改造分析

3.1 常見先導(dǎo)回路分析

常見的先導(dǎo)回路主要有以下3 種：

（1）直接使用線纜內(nèi)部控制芯線。以Electra 1000 型采煤機(jī)為例，圖2 左邊是前級(jí)開關(guān)側(cè)，接順槽側(cè)組合開關(guān)或磁力啟動(dòng)器，右邊是采煤機(jī)側(cè)，中間用煤機(jī)動(dòng)力線纜的控制芯片連接。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，控制芯線形成電流回路。直流繼電器K 控制著組合開關(guān)中的主接觸器KM，K 吸合聯(lián)動(dòng)KM 吸合，組合開關(guān)向采煤機(jī)送電，采煤機(jī)電纜接通3300 V 主電源，同時(shí)采煤機(jī)主控中心控制模塊自保接點(diǎn)閉合，維持控制電路的接通狀態(tài)；按下停機(jī)按鈕，K 釋放聯(lián)動(dòng)KM 釋放，合開關(guān)斷電采煤機(jī)電纜恢復(fù)到斷電狀態(tài)。

圖2 Electra 1000 采煤機(jī)先導(dǎo)回路原理

（2）先導(dǎo)模塊專用電路。使用專用先導(dǎo)模塊，可以更好保護(hù)線路，但模塊對(duì)安裝環(huán)境要求較高。以AXDN3-4RCAN 先導(dǎo)模塊為例，此模塊控制回路如圖3 所示。模塊有4 個(gè)獨(dú)立先導(dǎo)回路，安裝在運(yùn)輸巷的開關(guān)上，同時(shí)需要配合煤機(jī)電源操作按鈕和遠(yuǎn)方二極管實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)控制以及控制線故障保護(hù)功能。先導(dǎo)回路有兩種接線方式，單點(diǎn)先導(dǎo)和雙點(diǎn)先導(dǎo)。單點(diǎn)先導(dǎo)啟停采用常開式自閉鎖按鈕。雙點(diǎn)先導(dǎo)啟動(dòng)鍵為常開式自復(fù)位按鈕，停止鍵常閉式自復(fù)位按鈕。啟動(dòng)時(shí)，先導(dǎo)模塊將按鈕命令轉(zhuǎn)換成高低電平，內(nèi)部中間繼電器動(dòng)作，與采煤機(jī)電源真空接觸器線圈形成閉合回路，實(shí)現(xiàn)送電。模塊會(huì)檢測(cè)按鈕按壓時(shí)間，從而判斷正常啟動(dòng)、誤動(dòng)作、干擾還是外部短路故障。

圖3 AXDN3-4RCAN 先導(dǎo)模塊板面

（3）動(dòng)力載波技術(shù)。采煤機(jī)動(dòng)力載波控制方式可擺脫控制電纜限制，比傳統(tǒng)多芯電纜控制方式節(jié)省電纜資金。動(dòng)力載波控制原理就是把控制信號(hào)加載到高頻載波信號(hào)上，通過(guò)動(dòng)力電纜傳送載波信號(hào)，讓受控電器接收解調(diào)信號(hào)動(dòng)作。調(diào)制好的控制信號(hào)通過(guò)耦合電容與電纜芯線連接，實(shí)際中采煤機(jī)的載波頻率為200 kHz，耦合電容就可以過(guò)濾50 Hz 的工頻信號(hào)。動(dòng)力載波技術(shù)原理如圖4 所示，載波裝置分為發(fā)送模塊和接收模塊，分別裝在采煤機(jī)內(nèi)部以及采煤機(jī)開關(guān)內(nèi)。采煤機(jī)啟動(dòng)前，由模塊電池組供電，并檢測(cè)動(dòng)力線纜是否有高電壓，穩(wěn)定啟動(dòng)后，通過(guò)穩(wěn)壓電源向電池組充電。

圖4 動(dòng)力載波技術(shù)原理

3.2 改進(jìn)后先導(dǎo)回路

改造結(jié)合實(shí)際情況綜合分析，增加語(yǔ)音報(bào)警和啟動(dòng)選擇功能，可避免工作面、維修單位組合開關(guān)和采煤機(jī)先導(dǎo)回路不匹配的情況。改造后的先導(dǎo)回路原理如圖5 所示，先導(dǎo)回路采用PE兩線控制，兩根線來(lái)自采煤機(jī)動(dòng)力線專用線纜，由先導(dǎo)啟動(dòng)回路和先導(dǎo)測(cè)試回路兩部分組成。

圖5 改造后的先導(dǎo)回路原理

先導(dǎo)啟動(dòng)回路連接高壓隔離開關(guān)QS1 常開反饋點(diǎn)。啟動(dòng)時(shí)，隔離開關(guān)合閘，此時(shí)先導(dǎo)回路信號(hào)經(jīng)過(guò)甲烷傳感儀常閉觸點(diǎn)CB1，到達(dá)面板上拉繩開關(guān)SB1 裝置和停止按鈕SB2，聲光報(bào)警切換按鈕SB3，單點(diǎn)啟動(dòng)切換按鈕SB4，經(jīng)過(guò)單點(diǎn)啟動(dòng)或雙點(diǎn)啟動(dòng)，回到地線形成回路。聲光報(bào)警切換按鈕SB3 正常為常閉開關(guān)，正常使用語(yǔ)音報(bào)警接入，按下則切除聲光報(bào)警。使用聲光報(bào)警裝置時(shí)，1246 四點(diǎn)接入先導(dǎo)回路，此時(shí)報(bào)警裝置開始預(yù)警，持續(xù)5 s，5 s 后先導(dǎo)回路導(dǎo)通，采煤機(jī)得電，這樣可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)啟動(dòng)預(yù)警功能。當(dāng)采煤機(jī)正常通電后，此時(shí)報(bào)警裝置內(nèi)部的自保點(diǎn)閉合，內(nèi)部切除語(yǔ)音報(bào)警，實(shí)現(xiàn)自鎖功能。當(dāng)聲光語(yǔ)音語(yǔ)音報(bào)警裝置出現(xiàn)故障時(shí)，可按下SB3，此時(shí)1356 四點(diǎn)接入先導(dǎo)回路，直接短接報(bào)警裝置，切除報(bào)警裝置。

SB4 是單點(diǎn)啟動(dòng)切換按鈕，此按鈕帶自鎖功能，按下為單點(diǎn)啟動(dòng)模式，單點(diǎn)啟動(dòng)回路導(dǎo)通，彈起后為雙點(diǎn)啟動(dòng)模式，雙點(diǎn)啟動(dòng)回路導(dǎo)通。單點(diǎn)先導(dǎo)使用一個(gè)常開接點(diǎn)，停機(jī)狀態(tài)按下按鈕設(shè)備啟動(dòng)；運(yùn)行狀態(tài)按下按鈕，設(shè)備停機(jī)。雙點(diǎn)先導(dǎo)類似普通控制回路，串有普通二極管。工作時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，設(shè)備不立即啟動(dòng)，持續(xù)按壓松開后才啟動(dòng)，正常啟動(dòng)按壓按鈕時(shí)間為3～10 s。按壓時(shí)間如果太短，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為是誤動(dòng)作或干擾，也不會(huì)啟動(dòng)。按壓時(shí)也可按住啟動(dòng)開關(guān)待顯示屏啟動(dòng)后再松開，此時(shí)表示系統(tǒng)上電。當(dāng)遇到瓦斯超限故障，按下停止按鈕或者拉繩按鈕時(shí)，先導(dǎo)回路會(huì)斷開，從而采煤機(jī)斷電。

先導(dǎo)測(cè)試回路主要由轉(zhuǎn)換開關(guān)SW、先導(dǎo)測(cè)試開關(guān)SB7、限流電阻R2 和發(fā)光二極管組成。以1 擋為例，使用時(shí)轉(zhuǎn)換到1 擋，按下SB7，此時(shí)先導(dǎo)測(cè)試線經(jīng)過(guò)SW、SB7、R2、D3 形成回路，如果發(fā)光二極管閃爍，證明此線路導(dǎo)通，說(shuō)明先導(dǎo)啟動(dòng)回路中，先導(dǎo)電源到1號(hào)位置正常。先導(dǎo)測(cè)試回路主要用于先導(dǎo)啟動(dòng)回路故障的排查。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)際使用時(shí)要根據(jù)采煤機(jī)的運(yùn)行方式、工作環(huán)境選擇合適的工作模式。根據(jù)組合開關(guān)或者磁力啟動(dòng)器啟動(dòng)方式做好匹配，選擇相應(yīng)的先導(dǎo)回路啟動(dòng)方式。先導(dǎo)啟動(dòng)電路中，注意二極管不接或反接都不能啟動(dòng)，30 Ω 電阻選擇精度不宜低于±15%。同時(shí)也要重視作業(yè)人員技能水平的提升，防止個(gè)別人員不清楚改造電路原理，盲目使用造成電氣部件損壞。改造后的先導(dǎo)回路使用更加方便，采煤機(jī)先報(bào)警后啟動(dòng)的方式能更好保證安全生產(chǎn)，減少事故發(fā)生。