EML340 连续采煤机电气系统故障分析与诊断

唐会成

（中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原 030006）

0 引言

近十年随着煤矿采掘设备机械化、自动化技术的发展，中国煤炭科工集团太原研究院研制的EML340 连采机在陕西、内蒙等矿区得到广泛的应用，积累应用超过100 台，其广泛的煤层适应性，巷道掘进的高效性，达到国际先进水平。EML340 电气控制系统比传统的掘进机设计复杂，自动化功能完善，对设备维护人员提出更多的要求，在使用过程中经常出现故障而无法得到解决，造成设备停机。

EML340 连采机电控系统本身带有故障诊断功能，可通过HMI 显示内容，进行故障的排查，但由于各工作面使用工况不同，引起故障的原因也是多方面，检测人员技术和经验不同，经常造成故障无法正确诊断，找不到造成故障的根本原因，结合连采机多年使用情况，通过研发人员与售后人员的反馈信息，并结合连采机电控系统特点对连采机电控系统常见问题进行分析，给对各种故障理论分析，并提出相应的解决办法，有助于使用者快速排除连采机电气故障，提高设备的使用效率[1]。

1 EML340 连采机电控系统概述

EML340 型连续采煤机总装机功率约为600 kW，连采机电气系统由KXJ-500/1140E 隔爆兼本质安全型电气控制箱、BPB-2×50/1140 矿用隔爆型低压交流变频器、ZH2-10 矿用本质安全型变阻器、FBG-400/1140 矿用隔爆型电气隔离箱、FJYS-40II 隔爆兼本质安全型遥控接收机、XB-24 矿用隔爆兼本质安全型显示箱、CXB-36C 隔爆型操作箱及外部各种传感器等组成。连采机电控系统结构如图1 所示。

KXJ-500/1140E 隔爆兼本质安全型电气控制箱主要控制截割部、装运机构、液压机构；BPB-2×50/1140 矿用隔爆型低压交流变频器控制牵引机构，实现割煤、装煤、机器行走以及除尘等功能[2]。

2 连采机常见故障

2.1 主回路故障

图1 连采机电控系统结构

主回路即电机控制回路故障，常见故障有电机启动运行前的回路漏电闭锁保护以及电机运行中的电机过载、过热、缺相保护，主回路的电气保护功能为正常运行提供基础，确保主回路发生故障时及时切断供电电源，保护设备及人身安全。

2.1.1 运行前检测

漏电闭锁保护，操作箱发出“X 回路”启动命令，主控箱PLC接收“X 回路”启动命令，PLC 数字量输出模块Q 点闭合，综合保护器相应回路漏电闭锁检测单元继电器吸合，漏电闭锁检测模块检测该回路接触器输出侧到电机供电回路的绝缘状态，当绝缘阻值低于40 kΩ，主控PLC 将中止电机启动，同时HMI 显示器为提示“X 回路漏电闭锁”；如绝缘阻值高于40 kΩ，PLC 将驱动语音报警装置预警“X 回路电机启动，请注意”，报警结束后PLC 将驱动“X 回路”继电器，使该回路接触器线圈得电，接触器吸合“X 回路电机”运行。

漏电闭锁故障检测分析:

（1）当发生“X 回路漏电闭锁”保护时，首先确定综合保护器及PLC 检测的开关量输入模块是否完好，同时检查检测回路电缆是否有松动，可以通过切换HMI 显示界面，查看PLC 漏电闭锁检测输入点状态，PLC 输入点状态指示灯为“绿色”表明漏电闭锁保护检测回路正常；如果PLC 输入点状态指示灯为“红色”，并且检测回路电缆没有松动，则是漏电闭锁检测模块本身损坏，需更换新的检测模块。

（2）检测回路通过HMI 查看状态正常，则漏电闭锁故障可能是真实存在，可通过拆下接线盒内接线柱的电机供电电缆，用2500 V 绝缘检测摇表，分别检测电机供电电缆到电机的绝缘，如果绝缘低于标准值，则打开电机接线盒拆下电缆，分别检测电机对地及电机对地的绝缘组值，就可以确定是供电电缆的问题还是电机本身绝缘问题；此外电控箱接触器输出侧到接线盒接线柱供电线路绝缘由于连采机长期工作在井下潮湿环境中，也会出现绝缘水平的下降，可在主腔和接线腔内放置干燥剂，并定期更换[3]。

（3）按照上述检测方法检测，都会快速检测到具体的故障原因，极少情况漏电闭锁保护原因可能是主接触器本身绝缘阻值低，或是主回路阻容吸引引起的漏电闭锁保护。

2.1.2 运行中的故障

主回路电机正常启动并运行，造成电机运行过程的停机的保护，电机运行保护功能通过三相电流变送器检测电机运行电流，PLC 实时采集，控制程序通过PLC 采集电流对运行中的电机进行状态检测，并做相应的保护。

电机过载保护分析:

（1）电机过载保护原理，电机三相供电回路的电流变送器与PLC 模拟量扩展模块连接，电流变送器将电机实时电流值转化成DC 2～10 V 标准电压值，PLC 模拟量扩展模块将采集的信号转化成PLC 可识别的数字理信号，通过反时限保护曲线，设置电机在1.2 倍、1.5 倍、2 倍、3 倍等不同过载程序的保护时间。

（2）造成电机过载保护的原因大部分是由于负载突变引起的，连采机的截割和装运过程井刀过深，煤炭大理堆积到装运铲板，造成电机过载保护。

（3）无重载生产过程中出现过载保护，可通过万用表检测电流变送器输出电压值是否正常，判断电流变送器是否损坏，同时切换HMI 显示界面，查看PLC 模块量输入模块原始值，当电机没有启动时变送器输出DC 2 V 电压，HMI 显示对应数字量为6554，如果三个电流变送器检测电压值偏差过大，可能是电流变送器损坏，如果电压值是2 V 而HMI 显示的模块量扩展模块数字与6554 相差过大，则可能是扩展模块损坏。

电机缺相保护分析:

（1）电机缺相保护检测硬件与电机过载保护相同，只是程序检测算法不同，检测原理是电机正常运行后，PLC 检测三相电流变送器电压值，通过程序算法，当电机三相电流最小一相小于三相电流平均值的50%或电机启动后某一相电流为零。

（2）缺相保护的原因，首先排查供电电源，确保前级供电开关的隔离开关、接触器无故障，即连采机主控箱接受的三相电压没有缺相。排除供电缺相，当主回路接触器吸合电机运行，出现“X 回路缺相保护”，可通过万用表检测电流变送器输出的电压值，同时切换显示界面查看电流变送器对应数字量，判断是否是电流变送器损坏，如果电流变送器正常，则造成电机运行缺相的原因可能是真空接触器真空管触头不能可靠吸合，最后还需要考虑电机本身问题[4]。

2.2 控制回路故障

控制回路主要包括ELM340 连采机外围弱电电气元件，如ZH2-10 矿用本质安全型变阻器、矿用隔爆型急停按钮，FJYS-40II 隔爆兼本质安全型遥控接收机、XB-24 矿用隔爆兼本质安全型显示箱、CXB-36C 隔爆型操作箱。

控制回路与PLC 扩展IO 相连的器件检测，可能过万用表检测线路是否可靠连接，如连采机上电后系统检测正常且没有急停按钮按下，按“油泵启”系统无响应，可用万用表检测操作箱“油泵启”按键是否闭合，电缆是否损坏造成断路。当按键正常闭合，电缆可靠连接，PLC 输入点指示灯不亮，则应考虑PLC 扩展模块损坏；根据以往经验，PLC 损坏概率极低，控制回路故障大多数由于使用中造成电缆压断或电缆连接处的螺丝松动引起。

连采机牵引履带变频器正、反向信号分别由ZH2-10 矿用本质安全型变阻器的左、右手柄（电位计信号）经电位计隔离栅转换为电压信号输入到PLC 的模拟量输入端（左履带信号线号为102，右履带信号线号为103）。变频器不行走时通过HMI 界面切换查看手柄对应的模拟量信号，手柄在中间位置时，模拟量输入端的电压为+5 V，左、右履带输入信号显示约13 800，前进时变为0，后退时变为27 648，左、右履带输出信号显示的变化范围为0 到27 648。

3 故障的排查

根据近几年EML340 连采机电控系统故障统计来看，造成故障的原因多数是由于检修不到位，使用过程中造成电缆断裂，以及连采机截煤过程的振动引起电缆虚接、松动引起。排查电控系统故意原因首先能确保供电回路正常，然后根据HMI 显示内容逐步检测电缆连接、相应功能保护器件是否正常，可采用交换检测的方法，把相同功能器件的连接进行对换，可快速有效确定故障部件。

4 结语

通过对EML340 连采机电控系统结构的介绍，结合现场使用情况的反馈，阐述连采机电控系统常见保护的功能检测回路原理，对各种故障的原因进行较详细的分析，给出使用过程中电控系统故障的检测方法，有利于维护人员对故障进行快速定位，同时对煤矿其他采掘类设备的电控故障排查备有借鉴意义[5]。