李世豪

（平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 平頂山 467001）

0 引 言

眾所周知，煤電鉆是煤礦井下采掘工作面的“常規(guī)武器”。在炮采工作面，使用煤電鉆打眼后，才能放炮落煤；在機(jī)采工作面，需要煤電鉆開掘“機(jī)窩”，放置采煤機(jī)；在掘進(jìn)工作頭，需要用煤電鉆打眼開掘巷道。因此，煤電鉆是井下采掘工作面的主要生產(chǎn)工具?！睹旱V安全規(guī)程》第457條規(guī)定：“煤電鉆必須使用設(shè)有檢漏、漏電閉鎖、短路、過負(fù)荷、斷相、遠(yuǎn)距離啟動和停止煤電鉆功能的綜合保護(hù)裝置?！睆?0世紀(jì)80年代初第一臺煤電鉆綜合保護(hù)裝置的研制開始，到目前已有多種型號的煤電鉆綜合保護(hù)裝置在煤礦井下使用。

傳統(tǒng)煤電鉆綜合保護(hù)裝置在井下已經(jīng)使用較長時間，在保證煤礦生產(chǎn)中的人員和設(shè)備安全方面發(fā)揮了巨大作用。但是，受當(dāng)時技術(shù)、電子元器件等多種因素的限制，傳統(tǒng)煤電鉆綜合保護(hù)裝置在性能上存在很大局限性。傳統(tǒng)煤電鉆綜合保護(hù)裝置的短路保護(hù)設(shè)置了熔斷器和載頻檢測兩個環(huán)節(jié)，以熔斷器作為后備保護(hù)，具有自鎖和閉鎖功能；過負(fù)荷采用熱繼電器保護(hù)，同時兼作斷相保護(hù)；檢漏裝置設(shè)有漏電檢測、漏電跳閘、漏電自鎖、漏電閉鎖、漏電顯示以及漏電試驗(yàn)等環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的煤電鉆綜合保護(hù)裝置能夠通過裝在煤電鉆上的手動開關(guān)的接通與關(guān)斷，控制遠(yuǎn)方綜合裝置中接觸器的吸合與釋放，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離啟動和停止。

但是，現(xiàn)有的煤電鉆綜合保護(hù)裝置中電路均采用模擬器件和分立元件設(shè)計，因此抗干擾能力差，精度不高，參數(shù)調(diào)整比較困難，在現(xiàn)場使用中經(jīng)常出現(xiàn)煤電鉆綜合保護(hù)誤動作等問題，給煤礦安全生產(chǎn)造成了隱患。

1 設(shè)計方案選擇

1.1 設(shè)計方案分析

1.1.1 方案一

針對目前生產(chǎn)的需求，將煤電鉆綜合保護(hù)裝置的變壓器容量增大，相應(yīng)地交流接觸器容量也增大，以適應(yīng)大功率輕便鉆機(jī)的要求。同時，對煤電鉆綜合保護(hù)裝置的插件部分只做一些局部改進(jìn)，并對易損壞電路在技術(shù)上進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)。

1.1.2 方案二

對大功率輕便煤電鉆綜合保護(hù)裝置進(jìn)行新的整體設(shè)計。在適當(dāng)增大變壓器容量的前提下，采用節(jié)能變壓器設(shè)計方案，減少變壓器體積與損耗；而對輕便鉆機(jī)綜合保護(hù)電路采用單片機(jī)全數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，解決原煤電鉆綜合保護(hù)裝置插件技術(shù)落后、性能不穩(wěn)定和維修量大等缺點(diǎn)。

1.2 設(shè)計方案對比

1.2.1 方案一

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，操作簡單，容易生產(chǎn)；

缺點(diǎn)：技術(shù)含量低，功能單一，故障率高，維修量大。

1.2.2 方案二

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)含量高，功能齊全，性能穩(wěn)定，操作靈活，市場競爭力強(qiáng)，功耗低，維修量??；

缺點(diǎn)：生產(chǎn)條件要求高，相應(yīng)配置高，生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)格，生產(chǎn)成本有所增加。

為煤礦企業(yè)提供高技術(shù)含量、性能穩(wěn)定、功能齊全、易操作的大功率輕便煤電鉆綜合保護(hù)裝置，有利于提高煤礦企業(yè)的技術(shù)裝備水平，有利于煤礦企業(yè)向現(xiàn)代化邁進(jìn)。因此，將方案二確定為本文的研制方案。

2 智能型煤電鉆綜合保護(hù)裝置的設(shè)計

本文對全數(shù)字化智能型煤電鉆綜合保護(hù)裝置進(jìn)行整體設(shè)計。要求的容量是6 kVA，3.0 kW以下各種功率的輕便鉆機(jī)都能使用[1]，控制范圍廣。綜合保護(hù)裝置能夠?qū)γ弘娿@的漏電、短路、過載、斷相等問題進(jìn)行保護(hù)控制，并具有故障記憶查詢功能。智能型煤電鉆綜合保護(hù)裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能型煤電鉆綜合保護(hù)裝置的整體結(jié)構(gòu)

3 智能型煤電鉆綜合保護(hù)裝置的主要功能及技術(shù)指標(biāo)

3.1 綜合保護(hù)裝置的主要功能

本設(shè)計實(shí)現(xiàn)的智能型煤電鉆綜合保護(hù)裝置要求完成的保護(hù)功能齊全，具體功能如下。

（1）采用單片機(jī)作為核心控制部件[2]，電路簡單、整機(jī)可靠性高、維修量小，控制保護(hù)距離可達(dá)0～300 m。

（2）額定電壓：660（380）/127 V（空載：133 V）。

（3）具有漏電保護(hù)和漏電閉鎖功能。當(dāng)煤電鉆送電前，三相電纜中若有任何一相對地絕緣電阻下降至4 kΩ（±20%）時，煤電鉆綜合保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)漏電閉鎖，煤電鉆不能送電；煤電鉆送電運(yùn)行后，當(dāng)三相電纜中若有任何一相對地絕緣電阻下降至2 kΩ（±10%）時，漏電保護(hù)可靠動作，切斷電源實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

（4）具有短路保護(hù)和短路閉鎖功能。在煤電鉆送電前，若煤電鉆負(fù)荷側(cè)發(fā)生兩相短路，綜合保護(hù)裝置能實(shí)現(xiàn)閉鎖，禁止煤電鉆送電運(yùn)行；當(dāng)煤電鉆送電運(yùn)行后，若負(fù)荷側(cè)發(fā)生兩相短路，短路保護(hù)系統(tǒng)能在小于0.06 s內(nèi)切斷電源。

（5）具有過載保護(hù)功能。在煤電鉆電鉆送電后，若煤電鉆工作實(shí)際電流超過額定值時，能夠在對設(shè)備造成損壞前切斷電源，并有指示燈指示故障。

（6）具有5次故障記憶查詢功能。

（7）要求智能型煤電鉆綜合裝置中的綜合保護(hù)器采用插件形式，便于更換。

3.2 綜合保護(hù)裝置的主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計完成的煤電鉆綜合保護(hù)裝置要求具有過載保護(hù)、斷相保護(hù)、漏電閉鎖、漏電保護(hù)、短路保護(hù)等功能[3]，而主要的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 綜合保護(hù)裝置技術(shù)指標(biāo)表

4 結(jié) 論

為解決煤礦企業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，經(jīng)過大量的調(diào)查研究，本文設(shè)計研制容量6 kVA全數(shù)字化輕便鉆機(jī)綜合保護(hù)裝置，解決瓦斯抽放打孔的需求，并提升輕便鉆機(jī)綜合保護(hù)裝置的技術(shù)水平。

新裝置與原保護(hù)裝置相比，在性能上具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）新裝置能控制3.0 kW以下各種功率的輕便鉆機(jī)，控制范圍廣，而原來的裝置只能控制1臺1.5 kW或2臺1.2 kW的煤電鉆；

（2）新裝置的核心器件——智能保護(hù)器采用單片機(jī)控制技術(shù)，保護(hù)齊全，性能穩(wěn)定；而原來裝置的保護(hù)插件則采用模擬電路，性能穩(wěn)定性差；

（3）新裝置中智能保護(hù)器取代了原有裝置中的熱繼電器保護(hù)；

（4）新裝置中增加了故障記憶查詢功能；

（5）新裝置不再使用鐵芯電流互感器作為先導(dǎo)回路中的維持功能，而是采用鐵氧體磁芯電流互感器輕便鉆機(jī)工作時給出的維持信號，該互感器在電流達(dá)到某一值時飽和，輸出電壓不再上升，從而排除了由電流互感器及相關(guān)電路引起的故障；

（6）新裝置中漏電閉鎖與保護(hù)采用附加直流電源檢測的方法，與原有裝置中從三相電網(wǎng)取電壓信號方式相比，避免了由電壓波動時漏電保護(hù)與閉鎖功能的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉俊卿.礦用電動機(jī)智能綜合保護(hù)裝置的設(shè)計[D].太原：中北大學(xué)，2006.

[2] 趙德奇.煤電鉆電動機(jī)綜合保護(hù)裝置的研制[J].山東煤炭科技，2005，（1）：53-54.

[3] 陸士民.煤電鉆綜合保護(hù)裝置的改進(jìn)[J].煤炭技術(shù)，2008，27（5）：41-42.