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      高壓防爆開關(guān)控制器的缺陷分析及改進措施

      2020-03-03 16:07:54丁忠彥
      技術(shù)與市場 2020年7期
      關(guān)鍵詞:線圈濾波高壓

      丁忠彥

      (河南平煤神馬電氣股份有限公司,河南 平頂山 467000)

      0 引言

      高壓防爆開關(guān)在煤礦行業(yè)中屬于常用的電氣設(shè)備,能夠有效地保護井下電氣設(shè)備的安全。而在高壓防爆開關(guān)中控制器是核心,隨著科技的不斷進步,控制器的功能越來越多。由于控制器更新比較快,使得廠家在質(zhì)檢過程中沒有對其進行充分檢測,導(dǎo)致一些控制器不合格,因此煤礦電氣故障中控制器事故率比較高,表現(xiàn)為控制故障或者功能不全等,給煤礦開采帶來極大的安全隱患。

      1 問題概況

      調(diào)研某礦,其設(shè)計年生產(chǎn)量350萬t/年,屬于大型煤礦的范疇。其中井下使用的高壓防爆開關(guān)總數(shù)量達到1 500部,通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),高壓防爆開關(guān)控制器維修費用可以達到20萬元,同時由于控制問題導(dǎo)致?lián)p失的工作時間為50 h/年。此外,由于公司采購的控制器并不是同一家供應(yīng)商,即使同一批的高壓防爆開關(guān)控制器內(nèi)元件也存在一定的差異性,因此大量的高壓防爆開關(guān)未被使用就已經(jīng)廢棄,給公司帶來極大的資源浪費。

      2 傳統(tǒng)控制器存在的缺陷

      在對不同煤礦選用的高壓防爆開關(guān)控制器進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的控制器存在如下幾個缺點。

      1)依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》發(fā)現(xiàn),煤礦井下設(shè)置的高壓防爆控制開關(guān)必須能夠應(yīng)對短路以及過載的現(xiàn)象。而現(xiàn)行的控制器選用瞬時性的速斷失壓脫扣器,往往出現(xiàn)錯誤的動作。

      2)在控制器的電源中未設(shè)置相應(yīng)的諧波設(shè)計,從而不能對高壓系統(tǒng)中出現(xiàn)的濾波進行相應(yīng)的控制。在井下使用的過程中,往往出現(xiàn)濾波的原因?qū)е码娫措娐芬约澳M信號處理電路被擊穿的現(xiàn)象。

      3)在控制器設(shè)置的單片機中,未進行諧波設(shè)計。假如電路中出現(xiàn)過大的濾波時,那么單片機將會因為濾波發(fā)出錯誤的指令。其主要表現(xiàn)為在顯示器中出現(xiàn)亂碼,這樣將誤導(dǎo)維修人,以為顯示器出現(xiàn)了問題,進而更換顯示器,從而導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟損失。

      4)通過分析《煤礦安全規(guī)程》可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)井下再次出現(xiàn)短路時,高壓控制器必須在0.001s內(nèi)實現(xiàn)短路保護??刂破鲉纹瑱C中只能同時識別一個信號,可是在實際工況情況下,往往出現(xiàn)多個信號。

      5)由于每一個公司的控制器的接口以及通信協(xié)議不同,同時即便是型號相同的控制器內(nèi)部元件也存在差異性,因此維修人員在進行維修的過程中往往會由于型號以及內(nèi)部元的不同,而更換元件,這樣不僅會增加維修時間,還會帶來不必要的經(jīng)濟損失。

      3 控制器的優(yōu)化

      1)改造欠電壓脫扣線圈。通常,在失壓線圈對應(yīng)的回路中設(shè)置儲能電容,可以有效延遲欠壓脫扣時間,進而避免由于電壓波動出現(xiàn)誤動作。

      可以使用直流欠電壓脫扣電磁鐵替換傳統(tǒng)的交流欠壓脫扣電磁鐵,同時設(shè)置電阻以及儲能器,這樣能夠起到時間延遲的作用。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的電路,當(dāng)電壓低于額定電壓的35%時,可以實現(xiàn)穩(wěn)定脫扣;當(dāng)電壓超過額定電壓的80%時,可以實現(xiàn)穩(wěn)定的吸合鐵芯。

      當(dāng)電路電壓處于正常的狀態(tài)時,電流依次通過整流器以及電阻,同時設(shè)置的電容處于充電狀態(tài),欠電壓脫扣線圈的電壓與額定電壓相近,則鐵芯處于吸合狀態(tài)。假如電路中的電壓出現(xiàn)大幅度的壓降,電容開始放電,同時電流依次通過電阻,以及對應(yīng)的欠電壓脫扣線圈的電壓和額定電壓近,使得欠電壓脫扣線圈實現(xiàn)放電。而相應(yīng)的欠電壓脫扣線圈放電時間與欠電壓以及相應(yīng)的電阻與電容量有直接的關(guān)系。

      2)改造控制器電源的電路。通常在應(yīng)對供電系統(tǒng)電壓波動形成的濾波時,可以選用合適的控制器電源電流濾波元件,為此,對電源控制電路進行優(yōu)化顯得非常重要。一般需要在原電原電路中設(shè)置如下幾個電路元件:①電阻。②濾波器。③整流橋和濾波電容。④輸入/輸出緩沖等,這樣能夠把高壓變頻器的交流電轉(zhuǎn)化成為直流高壓。

      3)轉(zhuǎn)化信號傳輸方式。通常情況下,電信號往往受到濾波的影響,而相應(yīng)的光信號沒有此方面的限制。為此需要在輸入以及相應(yīng)的輸入端設(shè)置一個光電發(fā)生器與接收器,皆可實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換,這樣能夠進行輸入與輸出的隔離。以往所使用的防爆開關(guān)欠電保護設(shè)備會發(fā)生一系列影響電路的連鎖反應(yīng),使電路出現(xiàn)斷電問題。因此,改良就是根據(jù)以往發(fā)生反應(yīng)的機理來調(diào)節(jié)斷電形式,使供電系統(tǒng)不會因短期斷電或電壓發(fā)生改變而觸發(fā)斷電開關(guān)。

      4)采用雙線程CPU。現(xiàn)在,由于控制器采用CPU實現(xiàn)信息的傳輸比較慢,與此同時僅僅能夠同時處理一個信號。筆者采用DSP TMS320VC5402作為控制單元,實現(xiàn)信號的處理。同時采用CPLD XC95144XL實現(xiàn)邏輯控制。這樣能夠同時處理多個信號,因此能夠有效避免外部信號的影響,也可以有效避免因信號堆積而出現(xiàn)電路延遲的現(xiàn)象。

      5)對控制器內(nèi)的接口以及通信協(xié)議進行統(tǒng)一化處理,在選用電器元件時,統(tǒng)一使用電氣防爆協(xié)會批準(zhǔn)的控制器,包括:①各接口的硬件結(jié)構(gòu)。②信號的接入以及輸出位置。③配套電源等。對于控制器內(nèi)部的元件都選用1ZS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。這樣可以構(gòu)建完善的井下供電遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò),從而使得相關(guān)人員能夠在地面進行控制,對各個電氣的工作過程以及出現(xiàn)的問題進行及時監(jiān)控,并且能夠采集各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù),進行風(fēng)險評估。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障之后,可以立即發(fā)現(xiàn)故障位置,并對其進行及時的維護,極大地提高工作效率。

      4 現(xiàn)場應(yīng)用

      經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的高壓防爆開關(guān)控制器在出廠之前,生產(chǎn)廠商的技術(shù)人員對其進行實驗,模擬煤礦井下的工況環(huán)境對其相關(guān)參數(shù)進行檢測,如下所示:①當(dāng)控制器處于失電壓2 s內(nèi),能夠使得欠電壓脫扣線圈鐵芯吸合。②對于控制器而言,其對電路出現(xiàn)故障時的處理時間可以達到0.005 s的水平,能夠滿足相關(guān)規(guī)定。③通??刂菩盘柌粫驗殡妷褐C波而出現(xiàn)誤動作的現(xiàn)象。使用優(yōu)化的控制器之后,2019年4—10月,僅僅出現(xiàn)1起由于防爆開關(guān)控制器的故障,經(jīng)過維修人員調(diào)查發(fā)現(xiàn),故障是由于安裝控制器固定,相關(guān)工作人員在工作時觸動,致使控制器失效。由工程實踐發(fā)現(xiàn)經(jīng)過優(yōu)化之后的防爆開關(guān)控制器具有可靠的控制效果。

      5 結(jié)語

      經(jīng)過對防爆開關(guān)控制器進行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計,諸如欠電壓脫扣線圈、控制器電源的電路以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換信號傳輸方式等,同時構(gòu)建RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)對其進行專業(yè)的測試。在工程實踐的過程中發(fā)現(xiàn),經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的控制器具有穩(wěn)定的功能,可以為井下電氣控制提供良好的安全保障,同時能夠有效降低維修人員的勞動強度以及維修費用。

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