煤矿综采组合开关的故障诊断与处理

祁美华，侯 姗

（晋中职业技术学院 山西 晋中 030600）

1 概述

在煤矿井下，通常存在一定量的甲烷混合气体。随着温度的升高，当浓度达到一定的值，一旦有微小的火星，都极容易引起煤尘爆炸[1]。因此，在额定工作状态为工频3300V 交流供电线路中，应当选用矿用隔爆兼本质安全型组合开关（以下简称组合开关）以控制三相交流电动机的起停、双速切换，并且能保护电动机和供电线路。

2 组合开关结构特征

2.1 总体结构

具有抽拉功能，额定电流为400A/350A。驱动单元元器件有：熔断器、真空接触器、中间继电器、电抗器、过电压吸收装置等。在前侧板上装有输入、输出显示组件，可以直接显示数据。在机芯架后面安装有电流互感器，主要用于采样电流信号。控制电路和控制系统通过接插件与组合开关实现连接。驱动单元通过轨道送入固定位置，控制对接自动完成。螺栓固定主回路[4]。

组合开关的主腔左侧为DSP保护控制单元，它的作用就是对所有驱动器起到保护与控制[5]。

组合开关箱体使用钢板制作，其密封性能较好，本安性能和防爆性能满足国家相关安全规定。箱体整体安装在长方形的支座上，主要由由四部分组成，分别是主腔、接线腔、输入、电缆连接器和输出电缆连接器。

组合开关的接线腔左前侧，固定有一组进线接线端子排，接线腔的侧面设置了控制回路引入装置，在接线腔内通过接线端子排连接到组合开关[2]。

组合开关的主腔右侧分为上下两部分，上部主要安装有可带载分断的隔离换相开关、高压熔断器以及电压互感器等器件[3]。下部为驱动机芯架，其上安装了驱动单元，

3 工作原理及功能

3.1 主回路接线及工作原理

主回路三相电源为3300V，进线首先连接进线电缆连接器、依次接入主隔离换相开关、真空接触器、出线电缆连接器，最后连接到负载。隔离换相开关有“正”或“反”两个档位，手动操作开关时，对应的辅助触点闭合，为真空交流接触器的吸合做好准备[6，7]。

电流互感器检测三相电流，二次侧电流值通过DSP系统的采样、运算、处理后，控制主回路，达到对电动机的保护功能。每一回路的输出端都安装有阻容保护装置，防止主电路中过电压烧坏电机。

3.2 主要功能

（1）起动、停止

系统自动采集主回路电流信号，经过滤波，对信号进行识别，从而判断开关的运行状态。一旦起动信号的线路发生短路，系统将立即发出中断命令，显示器显示“先导短路”故障，并报警。当信号在2-5S内由启动变为运行，并且被控电路正常时，发送“起动”命令，漏电闭锁检测回路断开，闭合中间继电器，接通真空接触器，电机启动运行。在真空接触器起动和系统正常运行过程中，系统始终保持监测状态，若发现中间继电器或真空接触器出现故障，则“发出”分断命令，同时断开真空接触器，电机停止运行。

（2）保护功能

短路保护其整定范围大约是（3～8）倍额定值。当线路中电流值大于整定值时，保护系统立即发出信号，断开中间继电器和真空接触器，电动机停止运行，对供电线路和电机实现了保护。

过载保护为反时限特性。反映了三个量即过载保护时间、负载电流与额定电流之间的关系。当If＝1.2IN，过载保护时间约20min；当If＝1.5IN时，保护时间缩短为3min；当If＝6IN时，为起到快速保护的作用，时间设定为小于14S。

断相保护采用采集三相回路电流进行比较的方法实施保护。若系统采集到三相电路中有两相电流的有效值达到0.58倍，且保持的时间超过2分钟时，控制电机的继电器断开，中间继电器断开，交流接触器断开，电机停止运行，对供电线路和电机实现了保护。

过压、欠压保护时，系统采集主回路电压值，通过转换、自动运算后，进行比较，当Ujs＜0.75UN或Ujs＞1.10UN时，控制电机的中间继电器断电，真空接触器断开，主回路断开，电机停止运行，保护了电机和线路。

漏电闭锁和后备保护。出现漏电情况时，如果接收到起动命令，也锁定不执行，当系统检测到故障状态时，系统后备保护功能立即输出跳闸信号，使前级开关分闸，断开线路，防止了故障的扩大。

（3）通讯及显示功能

组合开关可以通过MODBUS或以太网实现自动化网的信息通讯，实现远程监控。中文液晶页面可以直观地体现各个模块的当前状态；实现人机互动、通讯功能。并且能显示当前电压值、电流值、功率和绝缘电阻值；能对故障原因进行出错报警；并能实时监控频率、箱体内环境温度等；具有数据报表功能；具有记忆功能，可以即时查看历史故障等。液晶显示器显示故障信息，并且发出报警信号。故障消失后需复位。

（4）试验功能

组合开关兼备试验性能。当隔离换相开关置于试验位置时，并且要求负载侧为断电状态时，进行各项功能试验，包括各个回路中接触器性能检测，及过载、短路、漏电保护、闭锁试验和高压绝缘监视，方便了设备维修。

4 常见故障

常见故障包括：回路故障有短路、过载、缺相、漏电、欠压、失压等；元器件出现故障主要是接触器和中间继电器接收信号不良引起的故障；TTT运行中出现的返回故障、跳闸及不平衡故障等[15]。

4.1 I/O电源短路故障

问题现象：现场反应两隔离无论打在什么位置，都显示断，无法处理；所有回路都报漏电。

原因分析：I/O电源故障；调理模块问题。

处理方法：下井检查，首先看显示模块下的各电源指示灯是否正常，发现显示板上I/O指示灯闪烁。根据此现象判断是I/O电源可能短路，首先检查配U/I板的连接线，是否有短路，经查因U/I板未装，其连接线放在DSP保护单元腔内，而且裸露。导致检修时不小心碰到，使+I/O与I/O与外壳碰或碰在一起，导致短路。查处后，做好绝缘措施，工作正常。

4.2 DSP系统多个模块同时烧坏

问题现象：启动C回路时烧坏DSP单元腔的所有模块：3#处理、3#调理、I/O模块、漏电调理模块，及隔离上的控制接点，但都与I/O电源有关。

原因分析：因井下湿度大，而开关是直接搬家倒到新工作面，绝缘下降，通电之前未做绝缘检查，就自行启动回路，从而引起拉弧现象，烧坏控制线8号线（I/O），导致高压串进控制线，烧坏模块及隔离上的控制接点。

处理方法：首先用照明灯对开关进行烘烤48小时，提高开关内元器件绝缘性，然后找出故障点，处理彻底，确保硬件检查正常后，再一块一块插模块进行检测，并跟班致工作正常。

4.3 组合开关堵头烧坏

问题现象：备用的E回路输出电缆连接器烧坏。

原因分析：试验动作正常后，没有检查输出插头的连接情况，就合隔离启动，导致没插好的堵头与底座连接处产生弧光，导致短路，烧毁电缆连接器。

处理方法：把烧毁的底座导电杆用砂纸打磨后喷绝缘剂。之后检查后腔、驱动单元、隔离都没发现问题并将备用回路禁止，然后临时使用。后期更换备件。

4.4 转载机启动立刻变高速

问题现象：转载机启动时低速不启动，瞬间直接启动高速。

原因分析：设置被更改，选择高速运行完成后，又设置为时间转换，保存后未复位。

处理方法：检查发现设置正确，该回路驱动单元也是完好的。重新设置程序，多复位几次，问题解决。

4.5 开关显示电压过高

问题现象：开关显示1800V电压，电流显示是平时的两倍，报过载、短路等故障。

原因分析：供电系统是几点呀偏高或TV电压互感器问题；调理模块问题；1#电源模块问题。

处理方法：检查供电电压为1140V，测量TV输出电压为30多伏，判断供电电压与TV电压互感器工作正常；更换调理模块，仍显示电压过高，判断电源模块故障。检查5V电源，只有4.84～4.85V，输出低，换1号电源模块，测得有4.97V输出，后运转显示正常。

4.6 采煤机开机一小时报先导短路问题

问题现象：采煤机开机一小时左右停机开关报先导短路，把漏电转接板上的放电管摘除煤机运行一小时还是报先导短路，摘除稳压二极管后煤机运行还是不正常，把电缆头换到其他回路采煤机运行一小时左右开关报先导短路。

原因分析：电缆问题，怀疑有高压窜入到先导线中；煤机问题。

处理方法：摇电缆，正常；采煤机厂家在煤机那边二极管上并了个电容，用来吸收电动势。煤机正常启动，开关正常。

5 结语

我国煤矿综采技术及装备得到了广泛应用和取得了长足发展，高产高效综采工作面已较为普遍。综采工作面装机容量超过5000kW，千万吨级综采工作面已成为许多超大型煤矿的发展目标。原来的常规供电方式，显然无法满足综采工作面安全、高效生产的需要。供电方式必须向大功率、智能化、组合化、高可靠方向发展，有效减少搬家倒面和设备故障停机时间，大幅度提升矿井的自动化程度。

根据综采设备供电与控制的总体需要，经过深入调研，研发了矿用隔爆兼本质安全型组合开关。组合开关采用全数字化处理技术，实现了控制、保护、人机互动、信号报警、网络通讯等功能。在技术上实现了较高水平的跨越，不仅满足了我国高产高效综采工作面（包括千万吨级综采工作面）对供电与控制技术装备的需要，而且解决了国产化的问题。

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