煤矿井下真空馈电开关智能控制系统

赵庆飞

(山西晋城煤业集团 寺河煤矿二号井， 山西 晋城 048000)

煤矿井下自动化设备应用水平的不断提高，对井下供电系统的供电安全提出了更高的要求。由于井下工作环境恶劣、各类机械设备在频繁启动过程中对电网系统产生较大的冲击，因此导致供电网络在工作过程中极易出现故障，影响井下的供电安全性。真空馈电开关作为煤矿井下供电网络的核心保护装置，当供电线路发生故障时能够及时将故障电路进行隔离，防止事故扩大，避免产生火灾或者爆炸等，其工作时的灵敏性和可靠性直接决定了煤矿井下供电系统的工作安全性和稳定性[1]. 随着各类用电设备对井下供电稳定性和安全性要求的不断提升，现有的真空馈电开关智能控制系统存在对故障反应速度慢、安全性低、可靠性差的问题。本文提出了一种新的煤矿井下真空馈电开关智能控制系统，该系统采用将故障监测、信号采集、过程控制彼此分离的方案，有效提升了真空馈电开关在工作时的灵敏性和可靠性，可确保井下供电系统的供电安全性和可靠性。

1 馈电开关智能控制系统硬件结构

真空馈电开关智能控制系统的硬件结构示意图见图1[2].

图1 真空馈电开关智能控制装置结构示意图

由图1可知，该真空馈电开关智能控制装置采用了将单级芯片和整体电量控制芯片相结合的整合控制方案，对该真空馈电开关的控制系统采用了双回路、并行数据控制方案，将真空馈电开关工作过程中的交流数据采集和故障处理控制进行分离，从不同的数据线路和控制芯片进行分离控制，降低控制系统中单个芯片同时处理的数据量，有效提升了真空馈电开关的数据分析和处理速度，同时系统还能够根据煤矿井下供电网络各分支电路出现故障时的电流变化特征进行故障自动隔离和自适应控制。当出现供电异常时及时对异常原因进行分析处理和调节，第一时间对故障进行修复，系统中设置有多个互感器、滤波器等，能够有效提升该真空馈电开关控制系统的控制灵敏性和有效性，提升系统整体的工作可靠性。

2 真空馈电开关的过载故障检测和控制

煤矿井下用电设备多且复杂，在频繁启动过程中会给供电网络带来极大的负荷波动，在系统内产生过载的情况，过载会导致供电网络的电流值增加，线路温度迅速上升，长时间的过载将会导致出现线路绝缘层被烧化、电路起火等事故[3]. 短时间的过载则会导致供电线路的使用寿命降低，因此煤矿井下真空馈电开关智能控制系统需要能够及时识别系统内的过载异常，并及时进行调整，实现对过载异常的有效抑制，确保井下供电网络的运行安全性。该真空馈电开关智能控制系统的防过载控制程序见图2[4].

图2 真空馈电开关防过载控制逻辑示意图

由于线路允许过载的实际时间和过载倍数有密切的关系，过载倍数越大，线路能承受的安全时间越短，过载倍数越小，线路所能承受的安全时间就越长。因此，对煤矿井下供电系统工作时段的过载情况进行分析，发现能识别的最小过载倍数为1.05倍(过载因子δ=105)，最大过载倍数为额定电流值的6倍(过载因子δ=600)，因此在设定时以过载因子δ=105为下限值，设定真空馈电开关保护动作时间。当δ=105时设定动作时间为120 s，当δ=600时的动作时间设置为8 s，确保在各种过载状态下对供电线路保护的可靠性。

3 真空馈电开关的抗干扰设计

由于真空馈电开关的智能控制系统采用了单片机控制模式，对电流稳定性和数据传输稳定性要求较高，一旦出现电磁干扰就容易产生逻辑控制紊乱，影响真空馈电开关的控制精度。因此，必须在系统内进行抗干扰性的设计。该真空馈电开关系统采用了低压直流供电系统，对系统内的强电和弱点进行隔离，外侧采用双层屏蔽防电磁干扰外壳，有效提升真空馈电开关的抗干扰性，其抗干扰原理见图3[5].

图3 真空馈电开关抗干扰原理示意图

由图3可知，该抗干扰电路采用了强电和弱电完全隔离的结构形式，系统的稳压模块能够实现对输入直流电源的稳压，确保输入工作电流的稳定性，滤波电路则能够对系统内的高频干扰信号进行过滤，降低高频干扰信号对系统的影响，确保系统工作过程中的抗干扰效果。

4 结 论

1) 真空馈电开关智能控制装置采用了将单级芯片和整体电量控制芯片相结合的整合控制方案，能够有效提升真空馈电开关的数据分析和处理速度，当出现供电异常时及时对异常原因进行分析处理和调节，及时对故障进行修复。

2) 真空馈电开关智能控制系统能够及时识别系统内的过载异常，并及时进行调整，实现对过载异常的有效抑制，确保井下供电网络的运行安全性。

3) 该真空馈电开关系统采用了低压直流供电系统，对系统内的强电和弱电进行隔离，外侧采用双层屏蔽防电磁干扰外壳，具有极好的抗电磁干扰特性。