矿用智能高压配电装置用电动装置设计.pdf

收稿日期:作者简介:王 强()男山西长治人工程师从事机电技术管理工作:./.矿用智能高压配电装置用电动装置设计王 强(山西潞安环保能源开发股份有限公司 王庄煤矿机电中心山西 长治)摘 要:文章主要针对井下无人值守变电所用智能高压配电装置为取代人工操作工序设计了电动隔离盘车、电动接地刀等电动机构并按照电气产品五防要求进行了逻辑控制设计使得矿用智能高压配电装置在安全可靠的前提下实现无人值守关键词:电动隔离盘车电动接地刀逻辑控制无人值守中图分类号:文献标识码:文章编号:()随着矿井智能化水平的不断提升对于矿井智能供电的要求随之提高 国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监测局印发关于减少井下作业人数提升煤矿安全保障能力的指导意见 的通知安监总煤行()号提出:“大力推进机械化、自动化、信息化、智能化实施井下机电设备智能监控、推广应用智能监控技术实现井下排水系统、变电所远程监控和无人值守”目前现代化矿井正在积极推进井下固定硐室无人值守井下变电所内不设置固定运行维护值班岗位远程监测、远程控制、远程操作由地面远方监控主站完成矿用高压配电装置作为井下供电系统的入口是实现无人值守的关键供电设备为实现井下变电所无人值守需要将原来人工就地操作及就地监测的项目由设备在远方甚至地面人员的监控下安全可靠地替代人工自主完成 首先目前传统的矿用高压配电装置具备一定的远程监测功能能够监测高压配电装置的电压、电流、故障、绝缘监测、温度监测、功率测量等参数并且通过光纤等上传至地面无人值守时应增加重点监测隔离触头处高压大电流通过时发热状态隔离触头处发热、拉弧、烧触头是主要存在的隐患其次传统的矿用高压配电装置能够远程进行断路器合分闸操作但是断路器隔离小车合分闸、接地刀合分闸需就地操作无人值守必须实现断路器隔离小车合分闸、接地刀合分闸远程控制使得紧急状况下可以远程隔离分闸避免事故扩大化 断路器隔离小车合分闸、接地刀合分闸的电动机构设计是井下无人值守关键因此设计了电动隔离盘车和电动接地刀等电动装置并进行电气逻辑设计 矿用智能高压配电装置电动隔离设计目前矿用高压配电装置内隔离开关不是传统意义上刀闸开关而是断路器小车通过断路器连杆机构的转动实现小车的进退实现进线和出线动触头(统称动触头)与腔体隔板上安装的梅花静触头之间的插入与拔出进而实现合闸和分闸功能实现井下无人值守断路器小车进行隔离合分闸的操作就必须能够远程控制其电动操作目前的断路器连杆机构为人工操作需要更换设计图 矿用高压配电装置隔离触头示意.电动隔离盘车设计传统矿用高压配电装置隔离连杆机构受现有的有限空间限制无法通过安装电机带动连杆机构实现电动旋转因此将原来的连杆机构带动断路器小车进退设计为电动底盘车带动断路器小车进退车如图 所示 如图 所示断路器安装在电动底盘车上其进车和退车由电动底盘车上的机构带动断路器前后运动最终实现矿用高压配电装置的隔离开关的功能电动底盘车具有手动操作和远程电动操作功能问问题题探探讨讨 第第 卷卷 第第 期期 年年 月月图 电动隔离盘车结构示意 电动底盘车结构如图 所示断路器安装在电动底盘车车架上地面远程发出进退车命令至保护器然后传至电动综合保护装置控制驱动电机正转或反转驱动电机通过离合器驱动减速器减速器输出端带动链条旋转链条和齿轮副上的一个齿轮同轴安装带动齿轮副旋转齿轮副上另一齿轮同丝杠同轴安装带动丝杠旋转螺母同车架固定在丝杠旋转的反作用力下带动车架前进和后退实现电动底盘车前后运动完成断路器的电动隔离功能 辅开连杆连接丝杠和辅开实现丝杠到位信号的传输辅开连杆动作辅开常开和常闭点动作输出返回信号至盘车控制作为位置和保护信号传输图 电动底盘车机械结构示意.电动隔离底盘车的保护功能电动隔离底盘车在进车和退车的过程中可能会出现线路破损、过载、机丝杠卡死等故障为确保底盘车正常运行应有一定的保护功能.堵转保护电动盘车由于制造公差和受力情况下造成丝杠扭曲锁死电机发生堵转直流电机的转子在被卡死或长时间低速工作时常伴随大量热量的产生造成电机绕组过热进而引起定子绝缘老化缩短直流电机的使用寿命甚至烧毁电机 因此应当设置电机电流的阈值(阈值的大小与断路器的重量、触头的插拔力通过试验获得)超过该值应当立即停车并报故障至主机.过流保护通过电动底盘电机的电流应符合电机的额定值超过额定值时应自动切断从而起到保护电机的功能 电动底盘小车开关动作到位后(即断路器处于合闸位置或分闸位置时)电机电源回路应能自动切断从而防止小车开关因过位而损坏开关柜也能有效防止电机因过流而损坏 过流保护电流应根据断路器型号及运行路程分段设置如 /断路器摇入时过程前 为进车至动静触头接触前电流设置.动静触头接触至停车电流设置 摇出时动静触头接触至分开电流设置 动静触头分开继续后退至停车位置电流设置.这里电动隔离合分闸操作是动静触头插入和拔出的过程所以电路增大具体阈值受电动隔离结构、重量及触头结构影响需要试验确定.状态异常保护电动隔离盘车出车过程中如果断路器在合闸位则立即停止并反向运动 (时间可设置)进车过程中若断路器处合闸位或接地刀合闸则立即停车 避免出现带电进行隔离合分闸操作、避免接地状态下合闸 矿用高压配电装置电动接地刀设计井下无人值守变电所不设固定的运行维护人员就要求运行维护人员按规程操作同时要求设备本质安全接地装置能够去除断电设备的感应电压以及防止断电状态下误送电确保工人始终在断电状态检修设备.电动接地刀设计如图 所示出线支柱依靠铜排硬性连接矿用高压配电装置出线侧设备正常运行时出线支柱连接负荷侧通电接地触头及导线与出线连接支柱断开避免出线接地当工人需要断电开门就地检修或者在无人值守时线路故障需要远程合闸接地刀将故障电流接地以保护设备和人身安全时地面远程操作发出命令至保护器传至电动综合保护装置电机旋转带动齿轮副齿轮副带动接地触头及导线旋转克服分闸弹簧的拉力与出线连接支柱相连出线侧接地反之亦然图 电动接地刀机械示意 第 卷.电动接地刀保护功能.堵转保护电动接地刀在进行合分闸操作时电机运行可能因为接地刀本身的机械故障而造成电机的堵转引发绕组电流的快速上升从而引起绝缘材料的温度升高 堵转电流的阈值与产品结构特别是分闸弹簧和分闸触头的结构相关选用通过试验获得.过流保护电动接地刀在旋转合闸的过程中由空转至合闸的过程电路的过流保护的阈值需要分段标定如我公司 /矿用高压配电装置电动空转合闸过程前 设置为 开始合闸时设置为.分闸过程前 设置为 后面时间设置为.电流分段时间及阈值需要根据设计的结构试验获得.状态异常保护电动接地刀合闸时如果断路器合闸或者电动隔离小车合闸则立即停车电动接地刀分闸时如果断路器合闸或者电动隔离小车合闸则也应立即停车 电动装置的电气逻辑控制设计由于需要远程电动操作为满足电气五防要求避免电气安全事故智能矿用高压配电装置的断路器、电动隔离盘车及电动接地刀三者之间应有一定的电气互锁逻辑设计 电气五防要求具体如下:)防止误分、误合断路器)防止带负荷合、分隔离开关)防止带电合接地开关)防止合接地开关(带接地线)合断路器)防止误入带电间隔断路器、电动隔离盘车及电动接地刀的状态通过无源辅组开关的节点传至控制器进行判断具体逻辑关系如图 图 所示图 电动隔离底盘车进车逻辑 电动控制器主控板接收到远方或就地电动底盘车或电动接地刀的控制指令时先判断是否满足操作条件如果满足操作条件则启动闭锁断路器及其它设备的控制指令并启动电动隔离底盘车或电动接地刀及其电机电流监测并将电机电流值与记录的正常值进行比较判断电机运行状态是否正常图 电动隔离底盘车出车逻辑图 电动接地刀合分逻辑 辅助监控为确保井下无人值守变电所矿用智能高压配电装置进行合分闸操作的可靠性使得远程(地面)操作人员有种“亲临现场、身临其境”的可靠操作感觉应当在其腔体内部增加视屏监控或热成像仪如图 所示图 视频监控及热成像仪画面 触头视频监控能够将视频发送至系统配合电动盘车远程合分闸实现无人值守变电所远程操作如同工人就地操作实时监控触头啮合状况确保停电和送电可靠性动静触头啮合关键部位安装双光谱在线测温热像仪集可见光和热成像图像为一体光探测器全天候实时监测温度发现温度异常时进行声音报警提醒协助远程人员快速定位隐患点 真正实现井下安全可靠的无人值守 现场应用情况图 为矿用智能高压配电装置示意与普通矿用高压配电装置比较矿用智能高压配电装置的电动隔离盘车和电动接地刀电动装置的设计能够接受远程控制替代原来人工就地手动操作的项目实现了无人值守远程控制是井下固定硐室智能化无人值守的关键 目前该产品已经在潞安化工集团高河能源等矿井应用 电动隔离盘车和电动接地刀的第 期 王 强:矿用智能高压配电装置用电动装置设计 设计也可以使用在综采面和掘进面的移动变电站设备及其他电气设备真正代替人手动操作安全、实用、可靠具有很好的推广前景图 矿用智能高压配电装置参考文献:杨维义许中.煤矿隔爆型高压真空配电装置的技术研究与发展趋势.煤矿机电():.杨光鹆.矿用防爆开关常见电弧的产生情况及防治措施.煤矿安全():.夏天伟丁明道.电器学.第 版.北京:机械工业出版社.黄新波王海东.高压开关柜电动底盘车防堵转技术与应用.高压电器():.成大先.机械设计手册.第 版.北京:化学工业出版社.国家电网公司.高压开关设备管理规范.第 版.北京:中国电力出版社.本期编辑:路 方(上接第 页)制动系统等方面提出改进措施 通过在无极绳绞车上增设防护绳提高无极绳绞车在轨道上固定可靠性改进尾轮提高尾轮可靠性降低使用过程中故障率增设安全保护装置实现无极绳绞车运输状态监测、安全预警及通信等功能增加独立供液的液压制动闸提高制动系统冗余系统增强无极绳绞车在故障情况下的制动能力避免过程中出现跑车情况 年 月矿井完成井下 台无极绳绞车改进工作从现场一个月效果来看无极绳绞车改进后其运输效率得以明显提升不仅实现了井下辅助运输安全可靠进行而且绞车故障发生率降低至 以内设备维修及零部件更换等费用可降低 万元以上改进效果显著参考文献:韩美苗.无极绳绞车在煤矿中的应用及优化改进.机械管理开发():.王 野.无极绳绞车运输系统改进及优化.机械研究与应用():.户建亮.无极绳绞车运输过程遇到的问题及改进工艺.矿业装备():.杨飞龙.无极绳绞车压绳装置的改进分析.机械管理开发():.高 峰.煤矿井下绞车保护系统的改进与应用.机械管理开发():.郭 鹏.矿用无极绳绞车压绳装置改进研究.石化技术():.吕剑波.矿用无极绳绞车压绳装置的改进研究.机械管理开发():.张磊.对无极绳绞车运输系统中压绳装置的改进.山西焦煤科技():.贾双春徐剑民王建慧.无极绳绞车运输系统的改进和优化.煤():.本期编辑:路 方加强煤炭资源整合提高生产集中度建设现代化矿井 第 卷