矿井空气压缩机综合保护与监控系统设计研究

路建玲

（潞安集团司马煤业公司，山西 长治 047105）

1 引言

矿山压气设备由空气压缩机(简称空压机)、电机拖动装置、空气过滤器、油细分离器后部冷却器等组成。而人工对于空压机油细分离器、空气过滤器、油过滤器堵塞以及空压机电气故障等无法第一时间发现并进行相应的检修、维护。因此设计空压机综合保护与监控系统，保证空压机的稳定、高效运行。

2 双螺旋式空气压缩机系统概述

2.1 双螺旋式空气压缩机简介

双螺杆式空压机系统包括空压机机体、气路系统、油路系统、冷却回路和电控系统。驱动电机为空压机机体提供动力，外部空气经空气过滤器过滤掉大颗粒灰尘杂质再进入空压机机体，与经过油过滤器过滤的润滑油组成压缩油气混合体进入油气桶，通过油细分离器将压缩空气与润滑油进行分离，其中润滑油返回机体继续进行循环使用，被压缩后的空气通过后部冷却器后将高温水汽冷凝为液态水，冷凝后的压缩空气通过排气管路进入储气罐储存起来，各储气罐主管路相互贯通，均能储存不同空压机传输过来的压缩气体，储气罐外接管道将压缩气体送入井上、下各用气地点。

2.2 双螺旋式空压机工作原理

2.2.1 双螺旋式空压机工作原理

外部空气进入—空气滤清器—伺服气缸—双螺杆压缩主机—油气桶（油细分离器）—分成润滑油和空气—空气送给压力维持阀（压力维持阀：使压力不小于0.45MPa，推动油空气进入主机）—冷却器（降温，分离水分）—储气罐（风包，作用：缓冲、收集、分离水汽，夏天4h放一次水，冬天1h放一次）—井下用气地点。

2.2.2 双螺旋式空压机主要操作

（1）旋起所开空压机机体上的“紧停”按钮。

（2）将启动盘上（或在液晶显示控制屏上）的远、近控开关选择为“近控”。

（3）按下柜体控制面板上的“ON”(或“一般启动”)键，压风机即自动启动，运转指示灯亮。

（4）当需要停机时，按下柜体控制面板上的“OFF”或“停机”键，压风机即停止运行。

（5）按下空压机机体上的“紧停”按钮。运行过程中我们要时刻监控电压、电流、温度、压力值，保证设备正常运行。

3 矿井空压机综合保护与监控系统

司马矿设计的综合保护与监控系统，主要通过PLC控制器来控制空压机机体、气路系统、油路系统、冷却回路和电气控制回路。PLC型号采用西门子公司的S7- 300系列。通过PLC控制接近开关、电动闸阀来操作空压机、电动机、冷却风扇等。设备包括温度传感器、压力传感器、流量传感器，监测温度、压力等，如果测量值超过设定值便会进行警告。可实现自动控制、监控与报警监测一体化，并满足如下功能。

（1）集散控制功能。系统能实现对空压机单控、联控的控制功能，既可以控制单个空压机的启停，还可以控制多个空压机的启停。单控控制功能中选择的单一空压机根据压力设定值实现启停功能，既压力低于设定值时该空压机自动启动，压力高于设定值空压机自动停止。联控功能中选择的多个空压机在压力低于设定值时依序延时自动启动，避免同时启动时，大电流对供电线路的冲击，压力低于设定值时依序延时自动停止。保证空压机稳定运行，供气充足。

（2）压力的监测与报警。主要包括：油气桶压力、储气罐、主管道压力、润滑油压力等，并将以上压力显示在监控机上，供工作人员实时监测，同时压力值反馈给空压机控制系统，供空压机做出反应，比如，油气桶、储气罐超压时，自动打开泄压阀释放压力，保证系统压力稳定。

（3）温度的监测与报警。主要有：电机温度和润滑油温度、储气罐温度等，以上温度均能显示在监控机上，供工作人员实时监测，同时压力值反馈给空压机控制系统，控制根据空压机温度设定区间，针对空压机进行启停控制。

（4）电气参数的监测与报警。主要有：电机电流、电压、功率等。以上参数均能显示在监控机上，供工作人员实时监测，针对空压机运行情况，发出声光报警提醒附近工作人员前来检查并排除故障，且具有故障实时打印功能。

（5）运行时间的监测。统计各空压机总运行时间及每日运行时间，为操作人员启停空压机提供依据，避免某一台空压机长时间运行，同时为周期性更换的设备提供时间依据。

（6）操作方便，易于发现问题。操作人员可在集控室及调度中心通过计算机或触摸屏对所有空压机进行远程操作，操作人员根据监控机所显示的各种运行参数，进行启停操作，系统操作简便。而且任何故障均能远程发生声光报警从而提醒工作人员进行针对性的检修、维护，避免因为工作人员巡查不到位，不能及时发现设备故障的问题，有效提高了劳动效率，降低了劳动强度。

4 综合保护与监控系统显示的故障分类

改造后空压机站综合保护与监控系统主要分为轻故障和重故障两类。其中轻故障主要有空气过滤器报警、油细分离器报警、油过滤器报警等；重故障主要有系统高温、主机过载、电气故障等。

4.1 空气过滤器报警

在空气过滤器一端安装压力开关检测压力，正常情况下，洁净的空气过滤器对气路的阻力相对较小；空滤器堵塞时管路阻力相对较大，空滤器两端差压变大，空压机的排气量不足，即发生报警。

解决方法：应定期清理空气过滤器滤芯上的灰尘或其他杂质，避免堵塞；定期更换空气过滤器。

4.2 油细分离器报警

当油细分离器滤芯前后的压差过高产生报警时，是因为分离润滑油和压缩气体的油分滤芯被堵塞。

解决方法：定期更换油细分离器。

4.3 油过滤器报警

油过滤器过滤被油细分离器分离出的润滑油中的杂质。被堵塞时产生报警。

解决方法：定期更换新的油过滤器。

4.4 系统高温

排气温度过高，油滤堵塞造成主机供油过少，油冷却器灰尘过多无法起到冷却效果，热控阀异常使经过油细分离器分离出的润滑热油不经过油冷却器而直接进入空压机机体等。

解决方法：排气温度过高警报时，按顺序检查油过滤器、热控阀、润滑油品质，一一进行排除。

4.5 主机过载

主机过载可能为以下几种情况：

（1）电压太低：低压空压机额定工作电压为380V，高压空压机额定工作电压为6kV，电压过低会产生过载情况。提供稳定的供电电压即可解决。

（2）接线松动：检查主接线，是否有松动。

（3）压力阀密封失效，电机启动时负载过大使机组压力超过额定压力：更换压力阀，防止压力过大即可解决。

（4）空气过滤器滤芯、油过滤器滤芯、油细分离器滤芯堵塞：缩短空压机维修保养时间，更换相应的滤芯即可解决。

（5）接触器故障：更换接触器。

5 结语

安装矿井空压机综合保护与监控系统后，实现了针对空压机的远程监视与操纵，实时掌握了空压机的运行情况，检修、维护方向针对性强，同时降低了作业人员劳动强度，确保了空压机的高效运行。