矿井移动变电站问题分析与改进

2021-02-24

当代化工研究 2021年1期

（同煤集团煤峪口矿供电科山西 037003）

引言

尽管近几年国家在煤炭开采量上逐步提出调整，但可替代能源仍然有限，大型煤矿对煤炭的开采工作仍在进行，较之前相比，人员的安全性、采煤工作的高效高产性、企业的效益性被更加重视，大型的采煤挖掘设备被使用，这使得矿井对电气设备的容量和电力的负荷提出更高的要求，因此，变电站的建设成本就很高[1]。并且随着煤炭挖掘工作的推进，采区位置也在随之发生着变化，相应的电力设备也需要跟着调整位置，目前矿井下多采用移动变电站来改善固定变电站所带来的不便，移动变电站能很好的改善固定式变电站需要不断加长线缆的弊端，但其安全可靠和智能化快速诊断也被提出更高的要求[2]。移动变电站的稳定安全是保证井下设备顺利作业，安全开采的重要一步，也是建设现代化矿井的必然选择和发展趋势。

1.矿井移动变电站基本结构和作业原理

图1 矿井移动变电站结构示意图

图1为矿井移动变电站的结构示意图，主要由变压器部分，高压侧和低压侧组成。在设计矿井移动变压器时，为了能实现合理控制并达到井下的防爆要求，高压侧配置的高压开关箱由高压真空断路器与保护箱组成，防止超压、欠压、漏电等故障[3]，同时搭配远程通信控制；低压侧采用低压保护箱，配置PLC进行问题分析，确保正常启动前各部分功能正常。矿井变电所一般采用隔爆型干式变压器，用于给所在采区的井下大型设备供电，通过可移动式的变压器将中央变电所的6-10kV电压转换为0.4-3.3kV电压，用于采煤机等设备的正常运行。矿井移动变电站的变压器依据电磁感应原理设计[4]，主要结构为铁芯柱上分布着两个或者多个绝缘线圈，通电情况下，线圈周围存在耦合的磁场。高压侧在通过额定电流时，线圈内形成的感应电流会产生电磁场，两个或者多个不同线圈交替通电，铁芯内就会出现交变磁场，而形成电势，为设备供电。

2.矿井移动变电站问题分析

(1)高压侧问题分析

高压侧常见问题、原因分析与排除步骤如表1所示。

表1 高压侧常见问题、原因分析与排除步骤

(2)低压侧问题分析

低压侧常见问题、原因分析与排除步骤如表2所示。

表2 低压侧常见问题、原因分析与排除步骤

3.改进方案设计

(1)硬件改进设计

控制器采用新型的STM32芯片，该芯片在使用上更加集中智能，拥有很多最新的特性，在外设方面拥有优势，拥有包括ADC，DAC，RTC，DMA，TIMER，SPI，CAN等等的众多外设。并且不同的外设都配置独立的时间设置系统，因此，在调节不同外设的时间设置系统能够达到降低系统功耗的效果。该芯片设置复位功能，复位后可切换为不停的模式，最常用的为工作模式、停止模式和等待模式，不同模式下，芯片的功耗不同。

低压侧故障诊断采用电压跟随电流设计，结合LM324芯片所具备的成本低性价比高的特点，设计电压跟随电路，电路设计如图2所示，外部采用单电源提供+6V直流电压，通过采集电压互感器(TV)和电流互感器(TA)二次侧的电压和电流实现问题检测。

图2 低压侧故障检测-电压跟随电流设计

总线电路中需实现通讯信号和控制信号相互识别的功能，设计使用ADUMI201芯片和8X251芯片，做为驱动芯片的8X251芯片能够实现发送和接受两个功能，ADUMI201芯片做为控制和驱动的重要部分，数据传输速度快，能耗低，同时内部的隔离功能有效将数据隔离传输，抗干扰能力强，在矿井复杂的工况下，可有效实现多信息同时传输的功能。

(2)软件改进设计

矿井下环境复杂且粉尘多易爆炸因素多，因此断容器采用真空型，主要通过真空度的采集以及真空度值的变化情况，来判断是否需要发出警报，真空度值的变化量超出设定值，系统发出报警信号，提示排查故障问题来源。如图3所示的软件程序为主线的控制程序，在数据的接受和发送上需紧密结合，保证数据的有效及时识别和传输，表现出高效性和稳定性。