礦井局部通風(fēng)機(jī)多路輸出智能分級(jí)切換應(yīng)急后備電源裝置的研發(fā)與應(yīng)用

張曉遷

摘要：在礦井采區(qū)變電所高、低壓“雙回路”停電后，若無(wú)法及時(shí)恢復(fù)局部通風(fēng)機(jī)的供電，則容易導(dǎo)致掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)停運(yùn)而引發(fā)瓦斯聚集超限，嚴(yán)重威脅工作人員的人身安全。因此，為提高煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)供電的穩(wěn)定可靠性，結(jié)合廠家研發(fā)的井下局部通風(fēng)機(jī)多路輸出智能分級(jí)切換應(yīng)急后備電源，解決了礦井采區(qū)變電所高、低壓“雙回路”停電后造成的局部通風(fēng)機(jī)停運(yùn)事故，能夠快速切換恢復(fù)掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)的供電，保證井下局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)電裝備；供電系統(tǒng)；局部通風(fēng)機(jī)；應(yīng)急后備電源裝置

中圖分類(lèi)號(hào)：TD611.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）35-0058-03

Development and Application of Multi Output Intelligent Hierarchical Switching Emergency Backup Power Supply Device for Mine Local Fan

ZHANG Xiaoqian（Dashu Village Mine of Jizhong Energy Fengfeng Group， Handan Hebei 056100）

Abstract： After the high-voltage and low-voltage "double circuit" power failure of the substation in the mining area of the mine， the power supply of the local ventilator cannot be restored in time， resulting in the shutdown of the local ventilator in the heading face， resulting in gas accumulation exceeding the limit， which seriously threatens personal safety. Therefore， in order to improve the stability and reliability of the power supply of the underground local ventila？ tor， combined with the underground multi output intelligent hierarchical switching emergency backup power supply of the local ventilator developed by the manufacturer， our mine has solved the shutdown accident of the local ventila？ tor caused by the high and low voltage "double circuit" power failure of the substation in the mining area， and can quickly switch and restore the power supply of the local ventilator in the heading face， ensure the normal operation of underground local fan.

Keywords： coal mine electromechanical equipment；power supply system；local fan；emergency backup power supply de？ vice

1基本情況

在煤礦生產(chǎn)中，“一通三防”工作是決定礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵性因素。冀中能源峰峰集團(tuán)大淑村礦掘進(jìn)工作面采用“三專(zhuān)兩閉鎖”主、備雙局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，供電電源分別取自采區(qū)變電所的不同母線(xiàn)段。正常情況下，主扇工作，備扇備用[1]。當(dāng)主扇一路供電電源掉電后，備扇自動(dòng)切換運(yùn)行。即使如此，在礦井遇到自然災(zāi)害及設(shè)備故障造成礦井采區(qū)變電所高、低壓“雙回路”停電后，若無(wú)法及時(shí)恢復(fù)局部通風(fēng)機(jī)的供電，則容易導(dǎo)致掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)停運(yùn)引起瓦斯聚集超限，嚴(yán)重威脅工作人員的人身安全。為提高煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)供電的穩(wěn)定可靠性，在遇到礦井采區(qū)變電所高、低壓“雙回路”停電后，如何能快速切換恢復(fù)掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)的供電，防止瓦斯集聚超限，已經(jīng)成為機(jī)電專(zhuān)業(yè)工作的重中之重。結(jié)合廠家研究開(kāi)發(fā)的局部通風(fēng)機(jī)多路輸出智能分級(jí)切換應(yīng)急后備電源，該礦解決了礦井采區(qū)變電所高、低壓“雙回路”停電后造成的局部通風(fēng)機(jī)停運(yùn)事故，保證了井下局部通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2研究過(guò)程

2.1項(xiàng)目實(shí)施的目的和意義

①避免因礦井供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，發(fā)生高、低壓“雙回路”停電而引發(fā)的局部通風(fēng)機(jī)停運(yùn)事故。②分析“三風(fēng)機(jī)、三電源”在井工煤礦局部通風(fēng)機(jī)中運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)，研究局部通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在井工煤礦中的運(yùn)用方法。③主、備扇均停電的情況下，局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)急后備電源系統(tǒng)能夠智能自動(dòng)投入運(yùn)行，并且多路輸出分級(jí)控制，向不同掘進(jìn)工作面的應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)供電，保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。④實(shí)現(xiàn)由地面控制室遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制等功能。

2.2項(xiàng)目現(xiàn)狀

現(xiàn)在各礦井掘進(jìn)工作面采用“雙局部通風(fēng)機(jī)、雙電源”局部通風(fēng)模式，且正常工作的局部通風(fēng)機(jī)采用三專(zhuān)（專(zhuān)用開(kāi)關(guān)、專(zhuān)用電纜、專(zhuān)用變壓器）供電。大部分礦井下局部通風(fēng)機(jī)供電電源受條件所限，均取自同一變電所的兩段母線(xiàn)。變電所定期檢修過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)單電源供電的情況，一旦電源停電，可能會(huì)造成掘進(jìn)工作面停風(fēng)而引發(fā)瓦斯超限的事故。

3實(shí)施方案

3.1裝置組成

局部通風(fēng)機(jī)多路輸出智能分級(jí)切換應(yīng)急后備電源由NJ-90/960f礦用隔爆兼本質(zhì)安全型通風(fēng)機(jī)逆變器（額定功率90 kW，輸出交流660 V電流90 A）、3組DXT320/ 210防爆特殊型電源裝置（單組電池電壓320 V，3組電池總電壓960 V）及ZJC80/504K（A）礦用隔爆兼本安型充電機(jī)組成。

3.2系統(tǒng)配置

系統(tǒng)采用礦用隔爆兼本安型充電機(jī)向3組防爆特殊型電源裝置充電，充滿(mǎn)電后由電池組向礦用隔爆兼本質(zhì)安全型通風(fēng)機(jī)逆變器供電。逆變器智能監(jiān)測(cè)主、備扇饋電開(kāi)關(guān)帶電運(yùn)行情況，當(dāng)發(fā)生停電后，由逆變器向應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)供電，保持掘進(jìn)工作面持續(xù)供風(fēng)。系統(tǒng)配置流程如圖1所示。

3.3技術(shù)關(guān)鍵

蓄電池局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)急后備電源采用3個(gè)隔爆型特殊電源裝置串聯(lián)輸出直流960 V電源給逆變器供電，智能監(jiān)測(cè)局部通風(fēng)機(jī)主、備扇饋電開(kāi)關(guān)帶電合閘運(yùn)行情況。當(dāng)主、備扇饋電開(kāi)關(guān)分別都失電掉閘后，逆變器自動(dòng)切換投入運(yùn)行，輸出660 V交流電向應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)供電，保證局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，在一定時(shí)間內(nèi)確保井下掘進(jìn)巷道的空氣不間斷供給。當(dāng)任意一路主、備扇饋電開(kāi)關(guān)恢復(fù)供電時(shí)，逆變器由運(yùn)行自動(dòng)切換至備用。

4系統(tǒng)特點(diǎn)

①實(shí)現(xiàn)主備扇均停電情況下，局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)急后備電源系統(tǒng)能夠智能自動(dòng)投入運(yùn)行，向應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)供電，保證局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。②在掘進(jìn)工作面安裝第三臺(tái)應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)，在礦井兩路供電都發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)切換運(yùn)行，極大地提高了局部通風(fēng)機(jī)的可靠性。③實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)饋電開(kāi)關(guān)的電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。④實(shí)現(xiàn)由地面控制室遠(yuǎn)程控制逆變器啟、停功能，可同時(shí)帶動(dòng)3個(gè)掘進(jìn)工作面的應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了多路輸出智能分級(jí)切換啟動(dòng)。

5工作原理

局部通風(fēng)機(jī)多路輸出智能分級(jí)切換應(yīng)急后備電源安裝在采區(qū)變電所或配電點(diǎn)專(zhuān)用回風(fēng)巷附近，采用3個(gè)隔爆特殊型電源裝置串聯(lián)輸出直流960 V電源給逆變器供電，智能監(jiān)測(cè)局部通風(fēng)機(jī)主、備扇分切饋電開(kāi)關(guān)帶電合閘運(yùn)行情況。當(dāng)任意一路主、備扇饋電開(kāi)關(guān)分別同時(shí)失電掉閘后，逆變器自動(dòng)切換投入運(yùn)行10 s后輸出660 V交流電源向第三臺(tái)應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)供電，同時(shí)在另一路主、備扇饋電開(kāi)關(guān)也發(fā)生掉閘失電后，逆變器由運(yùn)行切換至停止，再次啟動(dòng)輸出兩路電源向故障的兩路掘進(jìn)工作面應(yīng)急風(fēng)機(jī)供電。當(dāng)任意一路主、備扇饋電開(kāi)關(guān)恢復(fù)供電時(shí)，逆變器自動(dòng)由運(yùn)行切換至停止，再次啟動(dòng)只對(duì)故障的另一路輸出供電。在兩路主、備扇饋電開(kāi)關(guān)的任意一臺(tái)主、備扇開(kāi)關(guān)恢復(fù)供電時(shí)，逆變器自動(dòng)切換至備用。

6創(chuàng)新點(diǎn)

①主、備扇饋電開(kāi)關(guān)采用智能電壓監(jiān)測(cè)技術(shù)，在發(fā)生礦井采區(qū)變電所高、低壓“雙回路”停電時(shí)，主、備扇饋電關(guān)失電掉閘后，逆變器自動(dòng)由備用切換至運(yùn)行。當(dāng)任意一路主、備扇饋電開(kāi)關(guān)恢復(fù)供電時(shí)，逆變器由運(yùn)行自動(dòng)切換至備用[2]。

②電機(jī)軟啟動(dòng)。電機(jī)硬啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大電流，對(duì)電池造成嚴(yán)重的沖擊，縮短了電池的使用壽命。使用智能逆變器后，逆變器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始變化，最大值不超過(guò)過(guò)流保護(hù)值，降低了對(duì)電池的要求和后續(xù)的維護(hù)費(fèi)用。

③實(shí)現(xiàn)了由地面控制室遠(yuǎn)程控制逆變器啟、停功能[3]。

④可同時(shí)帶動(dòng)3個(gè)掘進(jìn)工作面的應(yīng)急局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行，做到了多路輸出智能分級(jí)切換啟動(dòng)[4]。

⑤逆變器具有高輸出轉(zhuǎn)矩、低噪聲的特點(diǎn)，內(nèi)置DTC控制功能，具有軟啟動(dòng)特性，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行變頻調(diào)速[5]。

⑥逆變器具有多種保護(hù)功能。短路保護(hù)：逆變器輸出端任意兩相出現(xiàn)短路時(shí)，逆變器不能工作，且有故障顯示。缺相保護(hù)：輸入缺相時(shí)，逆變器不能啟動(dòng)；輸出缺相時(shí)，應(yīng)停止輸出，且有顯示功能。過(guò)載保護(hù)：當(dāng)加載至1.2倍額定電流時(shí)，應(yīng)在5 min內(nèi)執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作，封閉輸出，并且有故障顯示。過(guò)壓、欠壓保護(hù)：當(dāng)輸入電壓高于額定電壓的110%時(shí)，執(zhí)行過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作并且有故障顯示；當(dāng)輸入電壓低于額定電壓的85%時(shí)，執(zhí)行欠壓保護(hù)動(dòng)作并且有故障顯示。IGBT過(guò)熱保護(hù)：當(dāng)IGBT散熱片溫度超過(guò)75℃時(shí)，逆變器掉電，且有故障顯示。

⑦智能逆變器輸出至風(fēng)機(jī)的引出線(xiàn)可長(zhǎng)達(dá)800 m，保證局部通風(fēng)機(jī)可靠運(yùn)行。

7應(yīng)用情況

7.1安全效益

我國(guó)煤礦每年因供電系統(tǒng)導(dǎo)致局部通風(fēng)機(jī)停運(yùn)而引發(fā)的掘進(jìn)工作面瓦斯超限事故屢見(jiàn)不鮮，給個(gè)人、企業(yè)及社會(huì)帶來(lái)了巨大的傷害和損失。采用應(yīng)急后備電源裝置，提高了礦井供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，有效避免了因礦井井下采區(qū)變電所高、低壓“雙回路”停電造成局部通風(fēng)機(jī)停運(yùn)瓦斯超限事故，為礦井的安全生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，給企業(yè)帶來(lái)了巨大的安全效益。

7.2經(jīng)濟(jì)效益

采用蓄電池發(fā)電，再由逆變器輸出660 V交流電源，造價(jià)成本低，維護(hù)及使用簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠穩(wěn)定。在發(fā)生井下采區(qū)變電所高、低壓“雙回路”停電事故后，可維持掘進(jìn)工作面單臺(tái)2×30 kW局部通風(fēng)機(jī)供電5 h以上，確保了煤礦職工的人身安全，避免了重大災(zāi)害事故的發(fā)生，可大幅降低直接經(jīng)濟(jì)損失，其經(jīng)濟(jì)效益不可估量。

7.3社會(huì)效益

煤礦生產(chǎn)中最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)就是“一通三防”，煤礦供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響礦井“一通三防”的工作。應(yīng)急后備電源裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠，徹底解決了因井下采區(qū)變電所高、低壓“雙回路”停電造成局部通風(fēng)機(jī)停運(yùn)引起瓦斯超限事故等問(wèn)題。該裝置運(yùn)行效果良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修、操作方便，大大提高了礦井井下局部通風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，具有顯著的社會(huì)效益和廣泛的應(yīng)用前景。

8結(jié)語(yǔ)

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)，保護(hù)性能完善可靠，安全性能顯著提高，解決了在礦井采區(qū)變電所高壓、低“雙回路”停電后無(wú)法及時(shí)恢復(fù)局部通風(fēng)機(jī)的供電，從而導(dǎo)致掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)停運(yùn)而引發(fā)瓦斯聚集超限事故的問(wèn)題。自安裝投入運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，優(yōu)點(diǎn)突出，保證了礦井局部通風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有顯著的社會(huì)效益和廣泛的推廣應(yīng)用前景。

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