閻曉東

【摘 要】為了降低企業(yè)的用電成本、提高電網(wǎng)系統(tǒng)中電能的利用率和使用效果，人們開始在供電設(shè)備中采用無(wú)功補(bǔ)償裝置，目前世界上最常用的煤礦電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置是機(jī)械投切式無(wú)功補(bǔ)償裝置，但是因其本身的技術(shù)限制，也存在著過(guò)電壓和過(guò)電流問(wèn)題，已經(jīng)逐漸不能滿足煤礦井下機(jī)械設(shè)備對(duì)穩(wěn)定電能的需求，因此提出了一種基于相控投切技術(shù)的全新供電設(shè)備供電方式。

【關(guān)鍵詞】煤礦供電設(shè)備；供電穩(wěn)定性；優(yōu)化設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TD355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

現(xiàn)如今，高壓防爆配電裝置和移動(dòng)變電站等都屬于我國(guó)常用的煤礦供電設(shè)備，通過(guò)接地保護(hù)、過(guò)流保護(hù)以及漏電保護(hù)來(lái)進(jìn)一步保障供電設(shè)備的安全性和可靠性。一般情況下，電氣保護(hù)裝置都是建立在電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上，同時(shí)具有自我調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，不但可以有效阻止短路和瞬間電壓過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)還具有安全可靠的優(yōu)勢(shì)。在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的背景下，在進(jìn)行煤礦供電設(shè)備保護(hù)時(shí)，已經(jīng)廣泛采用數(shù)字式繼電器保護(hù)裝置，不但有效提升了工作效率，為煤礦企業(yè)帶來(lái)了巨大的收益，而且還能夠大幅提高供電設(shè)備的安全可靠性和保護(hù)裝置的自動(dòng)化水平。

1煤礦供電設(shè)備目前存在的缺陷和問(wèn)題

1.1電源設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)

當(dāng)前，絕大多數(shù)煤礦企業(yè)都處在擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的階段，往往忽視了電源設(shè)計(jì)問(wèn)題，從而使電源在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在很多安全漏洞，同時(shí)埋下了巨大的安全隱患。在電力設(shè)備不斷增多的同時(shí)，煤礦生產(chǎn)過(guò)程中消耗的電能越來(lái)越多，只有在安全用電環(huán)境下，才能在巨大用電壓力的情況下，保持正常運(yùn)作，而電源設(shè)備的不科學(xué)合理，將無(wú)法保障供電安全。在礦井下使用最頻繁的電源就是雙回路式線路，可以切實(shí)保障煤礦用電安全，但是，一部分企業(yè)由于抗拒不了巨大利益誘惑，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，沒(méi)有嚴(yán)格按照相關(guān)要求安裝雙回路式線路電源，這樣一來(lái)，將給煤礦生產(chǎn)構(gòu)成極大的威脅，直接危及礦上工人的人身安全以及企業(yè)的社會(huì)地位、威望。

1.2礦井下超遠(yuǎn)距離供電存在很大危險(xiǎn)

在煤炭開采作業(yè)線不斷拉長(zhǎng)的背景下，供電距離也隨之變得越來(lái)越長(zhǎng)，因此，礦井環(huán)境很容易影響到超遠(yuǎn)距離供電效果，同時(shí)存在諸多不利因素。這種超遠(yuǎn)距離供電，嚴(yán)重影響了電壓的供電水平，不但增加了電能損耗成本，而且還容易影響電力供電設(shè)備的運(yùn)行效率，同時(shí)很容易損傷電力設(shè)備，讓企業(yè)蒙受巨大經(jīng)濟(jì)損失。礦井下超遠(yuǎn)距離供電，使電極不能夠達(dá)到長(zhǎng)久穩(wěn)定工作。同時(shí)，既不能滿足電力設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行需求，又不能真正保障電力運(yùn)行安全。此外，還加大了煤礦安全生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

2煤礦供電設(shè)備供電穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1供電設(shè)備相控投切無(wú)功功率補(bǔ)償結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）DSP/CPLD中心控制模塊。主控模塊作為供電設(shè)備的核心，主要擔(dān)負(fù)著接收并分析各子模塊傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況發(fā)出控制指令，確保電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，為各用電設(shè)備提供高質(zhì)量的電能。

（2）驅(qū)動(dòng)模塊。在DSP/CPLD中心控制模塊發(fā)出投切控制的指令之后，需要由驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)控制開關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行開閘或者合閘操作，因此其可靠性直接影響開關(guān)系統(tǒng)的執(zhí)行情況。

（3）檢驗(yàn)控制模塊。檢驗(yàn)控制模塊在整個(gè)控制系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，其直接決定著無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的補(bǔ)償效果，主要作用是連續(xù)不斷的對(duì)供電設(shè)備中所需要的無(wú)功功率進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)供電設(shè)備中的信號(hào)過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果反饋給中心控制模塊。

（4）信息傳輸模塊。信息傳輸系統(tǒng)起著將各檢測(cè)單元監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞給中心控制模塊的作用，為了保證信息傳遞的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，要求信息傳輸模塊不僅要具有大容量的數(shù)據(jù)傳輸能力而且要具有極強(qiáng)的抗電磁干擾能力、適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，推薦采用CAN總線模塊。

（5）執(zhí)行模塊。執(zhí)行模塊作為系統(tǒng)的控制指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由熔斷器、真空控制開關(guān)、隔離開關(guān)組成，其中熔斷器和隔離開關(guān)主要起到系統(tǒng)保護(hù)的作用，在實(shí)際工作中需要特別對(duì)真空開關(guān)的工作環(huán)境的濕度進(jìn)行控制，以保證投切控制的精確性。

2.2供電網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)監(jiān)控

供電網(wǎng)絡(luò)中任何設(shè)備參數(shù)的變化對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)短路電流、保護(hù)整定、載流量、電壓損失等的影響都會(huì)以紅色高亮反映在整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)圖中，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)控并生成說(shuō)明書。說(shuō)明書包括變壓器視在功率計(jì)算、低壓電纜校驗(yàn)、開關(guān)整定計(jì)算、短路電流計(jì)算、電機(jī)起動(dòng)電壓計(jì)算、電壓損失校驗(yàn)、高壓電纜校驗(yàn)、高壓開關(guān)校驗(yàn)、供電設(shè)計(jì)報(bào)告等。各種計(jì)算結(jié)果都包含了詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤。

2.3漏電保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)

（1）礦井電氣漏電保護(hù)裝置。上文中所提到的繼電保護(hù)裝置其運(yùn)行的關(guān)鍵在于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的正常與否進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)其中展現(xiàn)的一些異?，F(xiàn)象做出及時(shí)應(yīng)對(duì)，并適時(shí)切斷電源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的有效保護(hù)。通常來(lái)說(shuō)熔斷器、繼電器和接觸器均能勝任這一需求，但由于井下作業(yè)環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性，大規(guī)模斷電的出現(xiàn)必然對(duì)井下安全造成嚴(yán)重威脅，因此反應(yīng)速度較慢的熔斷器便無(wú)法適應(yīng)井下工作的需求，而應(yīng)采用繼電器或接觸器進(jìn)行電氣保護(hù)；

（2）現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入裝置。電路運(yùn)行中所采集的各類信號(hào)進(jìn)過(guò)初步處理后才會(huì)傳遞至機(jī)電保護(hù)裝置中，初步處理的主要內(nèi)容包括干擾信號(hào)的剔除和原始信號(hào)的放大，而這些工作均是借由信號(hào)輸入裝置予以完成的。所以，信號(hào)輸入裝置對(duì)信號(hào)初步處理的優(yōu)劣對(duì)最終能否獲得精準(zhǔn)的判斷信號(hào)至關(guān)重要，應(yīng)當(dāng)采取針對(duì)性的防護(hù)舉措；

（3）測(cè)量裝置。測(cè)量裝置的核心作用是對(duì)接收到的初步處理后的信號(hào)進(jìn)行初步判定。其通過(guò)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的內(nèi)部呈現(xiàn)對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行比較分析，并將判定結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)后傳遞至邏輯判斷裝置；

（4）煤礦保護(hù)裝置。該裝置運(yùn)用PLC（可編程邏輯控制器）控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)的分析判定，可對(duì)系統(tǒng)所操控設(shè)備的啟閉進(jìn)行操控，避免設(shè)備帶故障運(yùn)行而造成安全事故；

（5）邏輯判斷。數(shù)字信號(hào)傳輸至邏輯判斷裝置后，系統(tǒng)匯總前后所收集的判斷數(shù)據(jù)，并根據(jù)特定邏輯對(duì)所有信息進(jìn)行匯總分析，進(jìn)而對(duì)是否斷開電路進(jìn)行最終判定。有鑒于此，邏輯判斷對(duì)是確保電力保護(hù)目的最終能否真正實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵要點(diǎn)；

（6）執(zhí)行裝置。接收由邏輯判斷裝置傳輸過(guò)來(lái)的訊號(hào)，并將訊號(hào)所需表達(dá)的動(dòng)作予以執(zhí)行從而達(dá)成漏電保護(hù)功能。其主要功能包括切斷電路、隔離設(shè)備等，其也只有當(dāng)系統(tǒng)確定存在故障時(shí)，才會(huì)動(dòng)作。

2.4礦山新型綜合保護(hù)裝置保護(hù)方法

煤礦井下的施工作業(yè)環(huán)境十分惡劣，復(fù)雜，同時(shí)開關(guān)設(shè)備的種類花樣繁出，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，無(wú)形中給安裝工作加大了難度，此外，還需要做好防爆安全措施，因此，需要在煤礦企業(yè)普遍使用變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。新型的綜合保護(hù)裝置具備很多優(yōu)勢(shì)，不僅占地面積小，而且接口標(biāo)準(zhǔn)很是規(guī)范，同時(shí)保護(hù)模塊具有方便維修、高可靠性以及性價(jià)比高等諸多優(yōu)勢(shì)。操作選用的儀器不但擁有高效的嵌入式系統(tǒng)，開放式硬件系統(tǒng)以及多道開發(fā)程序共同完成任務(wù)，同時(shí)利于技術(shù)人員之間的交流溝通。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在煤炭開采企業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，煤礦的安全生產(chǎn)在其中發(fā)揮著重中之重的作用，因此，煤礦企業(yè)需要不斷完善煤礦供電設(shè)備的電氣保護(hù)技術(shù)。同時(shí)所有相關(guān)人員必須熟練掌握煤礦供電設(shè)備中電氣保護(hù)所有相關(guān)要求，潛心專研和創(chuàng)新相關(guān)的煤礦供電設(shè)備中電氣保護(hù)技術(shù)，以有效避免煤礦供電設(shè)備安全事故的發(fā)生。為我國(guó)煤礦事業(yè)的順利發(fā)展，保駕護(hù)航。

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（作者單位：山西中煤華晉能源有限責(zé)任公司王家?guī)X礦）