矿用组合一体机的研究与应用

矿用组合一体机的研究与应用

石金华 安超

泰安德普经贸有限公司 山东 泰安 271000

基于当前煤矿井下隔爆开关布置数量多、联锁控制效果差、故障率高、设备数量众多、空间占据面积大、厂家不一调节繁琐、电源进线与负荷大量冗余不美观，同时移动性差、操作距离被制约以及开关安全性能低等技术难题。 

一、现有供电设备组合可优化情况

矿区采用组合开关控制和保护用电，主要有以下几个原因：组合开关使用硬度非常强的钢材制成封闭式的箱体将其封闭起来，避免水分或其他杂质影响开关的使用，安全性较高，并且完全符合国家规定的矿井用电的安全标准。装置组合开关的箱子采用密封的形式，将供电控制和保护设备都结合在一起，主要由主腔、接线工具、输入和输出的连接器四部分组成，通过综合作用对矿区的电路进行控制，自动诊断线路问题，当有问题发生时通过自动开关熔断危险电源。

防爆电器维修基地通过技术研究，前期对井下传统隔爆开关进行优化，采用了组合隔爆电气开关并通过实际应用效果来看，组合式开关可用来控制和保护多台电动机,还可以控制电动机由低速启动到高速运行的切换。有的组合开关在馈出多个动力回路的同时,还可馈出照明回路。可与干式变压器、高压配电箱组合在一起,构成移成动负荷中心。

由于电气设备的高度组合集中,没有了原来单独控制设备之间的连接电缆所以组合开关具有占用巷道面积小、电缆敷设简洁,故障率低、供电安全可靠,组合开关投入使用后井下隔爆开关数量减少了30余台，开关故障率可随之降低，同时大大提高了煤矿井下供电稳定性，应用成效显著。

掘进设备：馈电组合与启动组合配合使用。

回采设备：启动组合与变频器组合配合使用。

二、矿用组合开关控制保护技术现状

1、短路保护

矿区用电过程中，比较容易出现的几大类问题就是路线短路、电压过大以及漏电，本文特地研究了现阶段矿用组合开关技术，并对这几种问题分别采取的控制与保护措施。造成短路的原因有多种，可能是线路、设备的材料出现老化，电线中的绝缘体遭到破坏；可能是气象条件的破坏；也可能是人为操作失误导致的，线路短路会受到多种因素的影响。目前矿用组合开关为了减少短路情况的发生并及时修复短路问题，主要通过采取相应的保护措施来疏通大功率负荷，将正常电流与短路电流区分开来，以此来减少短路情况的发生。其中运用到的原理主要包括了电热原理、鉴幅原理以及相敏原理三大原理，通过功率发现是否存在短路电流，再通过负荷判断短路电流的功率情况，最后运用已安装好的熔断器阻止超负荷电流，减少因短路而造成的损失。

2、 过载保护

用电过程中还存在的一个问题就是过载，当电流功率过大时，电线无法承受过大的电压，就会出现电路故障，矿用组合开关为避免经常性出现电路故障，安置了过载保护。这是一种静态的保护装置，当电动机过载时会通过设定好的运算规则自动计算出时间，并且自动执行，可以减少人工检查和维修的时间。

3、漏电闭锁和漏电保护

因线路老化、人为因素的影响，矿区用电还容易发生的问题就是漏电现象，矿用组合开关控制和保护技术针对漏电现象采取了专门的漏电闭锁和漏电保护。电流会对人体产生极大的伤害，为了保护施工人员的健康以及保障安全的施工环境，发生漏电时，组合开关会自动闭锁漏电的线路，并及时切断住主电流。

三、矿用组合开关控制保护技术存在的主要问题

1、 继电保护不全面

尽管矿用组合开关控制保护技术能够暂时解决矿区用电出现的问题，但随着矿区开采难度的加大和生产环境的变化，此技术在实际的运用过程中也出现了一些问题，导致组合开关技术无法完全满足矿区用电的需求。比较常见的一个问题就是继电保护不够全面。通过鉴幅原理能够判断出电缆及电流是否存在问题，当计算值明显高于正常水平时，矿用组合开关控制与保护技术能够采取自动的处理措施，保护矿区用电。但部分大型机电启动时产生的电流不稳定、区域电缆短路等小问题时，现有技术无法进行精准的判断，从而忽略这些问题，无法全面完整的进行短路保护。

2、保护误动作

矿区的施工条件复杂，一方面煤矿位于地下，没有光照，只有完全依靠人工电能照明，采光条件差；另一方面煤炭的开采需要用到大量的机器设备，例如巷道掘进的设备、煤炭运输的设备等，施工环境复杂。矿用组合开关技术的保护原理是通过判断电路自身的波动情况，当有波动时会进行自动诊断与保护，但是矿井下的干扰因素多，当部分设备启用或应用时都会产生电磁波，干扰电流的传输。尽管矿用组合开关会采取一定的防干扰和滤波手段，却无法完全避免机电设备的影响，导致判断失误，出现保护误动作，影响开采工作的正常进行。

3、控制方式繁琐

矿用组合开关技术是集控制与保护为一体的技术，即装置组合开关的箱体中既有输入设备又有输出设备，两个端口是放在一起的，那么组合开关的线路就会很多。当出现碰线等问题时就会直接干扰到电流的输入与输出，导致线路无法正常运行，同时，电磁波的感应能力加强，受到机电设备发出的电流干扰时，干扰的效果可能会成倍增加。矿区用电开关开停控制连接在一起，接口多、电线多，控制方式复杂繁琐。

四、矿用组合开关控制保护技术发展趋势

1、 继电保护方法完善

目前组合开关技术对继电保护不全面，要优化组合开关控制保护技术就要有针对的的采取措施，完善继电保护方法。利用计算机技术提高对电路的灵敏性，在保护短路电流的基础上更精确的找出整定值小的电流，并通过智能化诊断和保护技术保护故障线路。

2、 软件滤波方法改进

要想矿用用组合开关技术要更好的适用于复杂繁琐的矿区环境，还需要不断的加强保护措施和完善现在的不足，借助发展迅速的科学技术提高矿用组合开关的安全性和可靠性。为了减少大型机电设备运行时发出的干扰波，现有矿用组合开关技术采用的是软件滤波的方式，但是滤波效果不明显，无法改善干扰现状。所以要对软件滤波的方法进行改进，可通过分解所在区域内出现的电磁波，减少数据的运算量来提高处理效率，以便更准确更及时区分出是干扰波动还是真正的问题出现，减少保护误动作，提高对线路的保护能力。

3、控制集约化

现阶段矿区的通信与监控技术已经处于国际领先水平，组合开关技术还不够成熟，可以将二者结合起来，建立一体化的控制技术，充分运用通信控制的优势，实现控制集约化。可应用先进的通信接口与组合开关相连接，在控制通信的同时能够有效的实现电路控制，这样既能减少接口，降低因接口过多或线路过多造成的不良影响，提高控制能力，又能优化控制设备，减少机电设备的干扰，实现通信、供电的集中化，有利于企业向现代集约化管理转型。

五、国内组合开关设备使用情况

1、天津华宁QJZ-4(6-8)×400组合式启动器

每路接触器带有独立换向； 采用带有断路器功能的隔离开关，分断能力为 20KA；接触器模块内部采用光电对射技术，摒弃了机械式辅助触点的模式，从而提高了可靠性；高压输入和输出采用插头插座连接拆装方便；

2、浙江电光QJZ-4(6-8)×400组合式启动器

QJZ 系列矿用隔爆兼本质安全型多回路电磁起动器适用于有甲烷及煤尘爆炸危险的煤矿井下。在交流 50Hz，电压为 1140V 供电线路中，可对乳化液泵、喷雾泵、转载机、 破碎机采煤机、刮板机等的启动、停止及双速切换、主、从顺序控制，并能对电动机及供电线路进行保护。

3、淮南万泰KHP395矿用保护装置

集馈电开关、胶带主驱动、张紧绞车控制、抱闸制动器控制、皮带机控制及照明电源于一体。由一路400A矿用馈电开关回路进行供电、2×160A直起回路和3×20A的抱闸、水泵等小型起动器回路+1×20A可逆张紧回路构成，各个回路都有独立的监控和保护单元。配接八种保护传感器可实现运输机的八大保护，配接相应的传感器。且温度、速度、张力值能实时显示。且具有跑偏和急停对位功能。

4、泰安众诚QJZ1-1600-6组合式400A启动器

起动器控制及保护系统是由 A/D 模块、I/O 模块、CPU 模块以及电源模块构成的 PLC 系统，该系统对各路接触器单元参数进行实时监控，并以此对各接触器单元的线路及负荷进行实时保护。本起动器保护功能包括：欠压过压保护、起动前的漏电闭锁保护、过载保护、短路保护、断相/不平衡保护等。

5、山东凯城：QJZ-360-3组合式120A启动器

QJZ-360/1140(660)-3 矿用隔爆兼本质安全型多回路真空电磁起动器主要用于交流 50Hz，电压 1140(660)V 的线路中，控制三相鼠笼型异步电动机，接入高、低、零水位检测线可实现水泵自动控制功能；远距离起动或远、近距离停止，控制三相鼠笼型异步电动机正反转；同时对其线路实施保护。

结束语

目前，矿用组合开关控制保护技术还处于智能化起步阶段，与地面开关控制保护技术的应用水平仍存在较大差距。今后需通过继电保护、抗干扰和故障诊断等方面的研究，提升矿用组合开关控制保护的可靠性、稳定性，为煤矿供电无人化、智能化奠定基础。