井下高開柜后臺(tái)的開發(fā)應(yīng)用

張海龍

（西山煤電西銘礦， 山西 太原 030052）

引言

目前，西銘礦原有高開柜設(shè)備的安全性和可靠性較低，因此研發(fā)一種礦用隔爆型鋰離子蓄電池一體化電源系統(tǒng)是一種必然要求。它可以順利完成礦山井下的控制、保護(hù)電源，并使后備電源向隔爆型、大容量、可靠性、安全性提升。目前，西銘礦通過對(duì)大量產(chǎn)品了解，對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有相關(guān)的產(chǎn)品進(jìn)行篩選，然后與其技術(shù)人員交流溝通，并在西銘礦試運(yùn)行。

1 目前西銘礦高開柜所存在的問題

當(dāng)前西銘礦大部分煤礦的井下高爆開關(guān)柜的控制和保護(hù)電源均由高壓供電系統(tǒng)的電源供電，即由高爆開關(guān)柜內(nèi)高壓互感器的二次線圈輸出的交流電源為高爆開關(guān)柜的控制和保護(hù)電源供電。控制和保護(hù)電源相互間不獨(dú)立，供電不可靠，維修頻繁，故障率較高。其主要問題是:當(dāng)其中一處線路出現(xiàn)短路故障的時(shí)候，供電系統(tǒng)的電壓將會(huì)瞬時(shí)下降到額定電壓的65%以下，繼而使高爆開關(guān)柜中的電壓互感器的二次輸出電壓也緊接著急劇下降，致使控制和保護(hù)回路全面失電、保護(hù)裝置的出口繼電器不能動(dòng)作、斷路器不能分閘[1]。

一般來說，保護(hù)回路裝置從收集系統(tǒng)故障信號(hào)到驅(qū)動(dòng)斷路器分閘的間隔時(shí)間大約是100 ms，如果沒有持續(xù)穩(wěn)定的控制和保護(hù)電源，斷路器將無法快速、可靠地分閘，易于引起大面積的停電事故。

由于供電系統(tǒng)的電源和控保電源同源，因?yàn)楣╇娤到y(tǒng)電壓時(shí)常的波動(dòng)、多次諧波干擾等原因，經(jīng)過高壓互感器將直接傳遞到保護(hù)裝置[2]，會(huì)讓保護(hù)裝置上的工作電源的質(zhì)量不穩(wěn)定，如果長(zhǎng)期不穩(wěn)定，可導(dǎo)致保護(hù)裝置安全性下降。特別是煤礦井上變電所基本上處于山區(qū)，供電線路容易遭受雷擊。當(dāng)供電線路遭受雷擊時(shí)，雷電的過電壓會(huì)經(jīng)過高壓電壓互感器瞬時(shí)傳遞到高爆開關(guān)柜內(nèi)的控制和保護(hù)回路，燒毀電氣元器件導(dǎo)致控保功能的失效，甚至燒毀用電設(shè)備。

煤礦井下供電系統(tǒng)與井上地面調(diào)度聯(lián)系是由電力監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)維系。煤礦井下供電運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)資料等最主要數(shù)據(jù)的上傳、關(guān)鍵設(shè)備的遠(yuǎn)程控制及操作等功能都依賴于該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。如果沒有可靠的后備電源為電力監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)供電，在井下停電時(shí)，其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能將無法實(shí)現(xiàn)。

由于現(xiàn)今礦山井下電源技術(shù)的局限性，礦山井下瓦斯監(jiān)控監(jiān)測(cè)設(shè)備、人員定位系統(tǒng)的后備電源容量較小、后備時(shí)間短，而礦山監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備需要4～8 h后備時(shí)間，無法滿足要求。當(dāng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備失電后，井下所有的監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)將無法上傳到地面調(diào)度，使礦井存在安全隱患。因此，該項(xiàng)目的目的是為了完全解決原有設(shè)備的安全性和可靠性的欠缺，從而大大提高煤礦井下供電、監(jiān)測(cè)監(jiān)控的可靠性。

2 研發(fā)項(xiàng)目的技術(shù)可行性分析

2.1 檢修方案

該項(xiàng)目主要是為提高井下供電、監(jiān)測(cè)監(jiān)控的安全性，為保護(hù)和控制回路提供后備電源。考慮到井下設(shè)備的斷電檢修，按不同要求或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可以采用兩種檢修方案：

1）臨時(shí)檢修電源由原有的電壓互感器供電時(shí)，當(dāng)需要斷電檢修電源系統(tǒng)時(shí)，將由快速繼電器切換到電壓互感器的輸出電源，由電壓互感器的輸出電源臨時(shí)供電。

2）臨時(shí)檢修電源由直流電源旁路供電時(shí)，當(dāng)需要打開設(shè)備腔前門檢修時(shí)，可以由檢修旁路臨時(shí)供電。

2.2 創(chuàng)新點(diǎn)

1）本隔爆型電源裝置中的饋出電路，采用了既簡(jiǎn)單又可靠的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過并下隔爆型開關(guān)柜（電器）柜內(nèi)的柜門開啟聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)或者附加限位開關(guān)作為一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)來控制本隔爆型電源裝置饋出電路的輸出與否，從而滿足了并下隔爆電器設(shè)備開門斷電的要求。JC1、JC1/N為饋出回路真空接觸器，正常工作時(shí)，按下按鈕AN，接觸器線圈帶電，接觸器主觸頭閉合，將隔爆饋電裝置電源輸送給相應(yīng)的并下配電所高壓開關(guān)柜。KW為井下配電硐室高壓開關(guān)柜前門開啟斷電的聯(lián)鎖限位開關(guān)或柜內(nèi)原有聯(lián)機(jī)構(gòu)，當(dāng)開啟任一井下配電所高壓開關(guān)柜前門時(shí)，KW動(dòng)作，將隔爆箱饋電裝置內(nèi)對(duì)應(yīng)饋出回路的真空接觸器線圈的+DC24V電源斷電，JC1和JC1N主觸頭斷開，達(dá)到停止供電的目的。+DC24V為單極輸出，且電壓低，因外部其他設(shè)備無法構(gòu)成回路，不會(huì)產(chǎn)生火花和電弧。如果+DC24V開路，饋出回路無輸出時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出失電告警信號(hào)。

2）考慮到設(shè)備的檢修需要，設(shè)計(jì)一套隔爆型高壓開關(guān)柜內(nèi)部綜合保護(hù)器供電電源的自動(dòng)切換電路。當(dāng)外部隔爆型蓄電池電源裝置需要停電檢修時(shí)，通過繼電器JD的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，可以由隔爆型高壓開關(guān)柜內(nèi)部電壓互感器提供的交流電源作為臨時(shí)電源供電。當(dāng)隔爆型蓄電池裝置檢修完畢后，恢復(fù)直流供電，綜合保護(hù)器自動(dòng)恢復(fù)直流供電。

3）蓄電池組的一主一備工作原理。兩套蓄電池電源裝置可任意作為第一套。

4）該項(xiàng)目是新增項(xiàng)目，需要組織相應(yīng)工作人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，充分了解項(xiàng)目?jī)?nèi)容，以便更好地處理、解決運(yùn)行中的問題。

3 應(yīng)用效果

1）按某礦年產(chǎn)300萬t原煤，年生產(chǎn)時(shí)間200 d計(jì)算，3個(gè)工作面，每個(gè)工作面日產(chǎn)5 000 t 2班16 h，即每小時(shí)產(chǎn)煤312.5 t，平均每噸煤以200元計(jì)算，若由于供電故障停產(chǎn)1 h，則一次故障停產(chǎn)損失的效益為 312.5 t×200元 /1 h=62 500（元）。

2）實(shí)現(xiàn)無人值守可減少變電硐室值班人員，降低運(yùn)行成本。如某礦并下共10個(gè)變電所，按有人值守規(guī)定值班人員為兩人，12 h制，一個(gè)圓班4人，加輪休一個(gè)變電所需安排5～6人，10個(gè)變電所為60人，每人每月工資平均4 800元，若采用無人值守，減員40人，則共可節(jié)約人工費(fèi)用為40人×4 800元×12月=2 034（萬元/年）。

4 結(jié)論

通過新技術(shù)的實(shí)施，大大提高了煤礦井下供電的安全性和可靠性，提升了煤礦井下供電裝備的技術(shù)水平，有效降低了發(fā)生大面積停電事故的次數(shù)，很好地解決了井下后備電源后備時(shí)間短的弊病，為實(shí)現(xiàn)井下自動(dòng)化水平的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，具有很好的社會(huì)效益和推廣意義。