煤矿井下电气系统馈电开关防护系统的研究

2021-05-19雷海蛟

机械管理开发 2021年3期

雷海蛟

（山西焦煤技师学院，山西晋中 032006）

引言

随着煤矿井下综采自动化程度的不断提高，井下供电网络系统日趋复杂，各类用电设备在启动或者运行过程中会对电网系统产生极大的电流冲击，而且电网系统供电分散、线路多、工作环境恶劣，导致供电系统极易出现故障。馈电开关保护系统是电网防护的核心，其当电网出现故障时及时对故障网络进行隔离，避免故障的进一步扩大，因此馈电开关保护系统的工作稳定性和可靠性，直接决定了电网系统的运行安全性。目前的馈电开关保护系统主要以PLC 控制为核心，以漏电保护、欠压保护为基础，反应灵敏性低、稳定性差，给煤矿井下的供电安全，带来了严重的隐患。因此，提出了一种新的井下电气系统馈电开关防护系统并展开研究，对提升井下的供电安全性具有十分重要的意义。

1 馈电开关防护系统结构

结合井下供电网络的整体结构及供电安全性需求，本文所提出的馈电开关防护系统主要包括检测传感器模块、独立供电网络模块、信息传递模块、异常判别模块等，该系统整体结构如图1 所示[1]。

由图1 可知，该系统工作时，位于电网系统上的电压互感器、电流互感器对供电电压和电流进行不间断监测，将数据信息进行汇总后经过信号预处理器进行预处理，然后将其传递给保护器控制中心，在控制中心内进行数字量和模拟量信息转换，对电网运行情况进行判定。当系统出现网络故障后自动确定故障类型和位置，同时对保护器发出保护指令，控制保护器实现对故障电路的及时保护和隔离。在每次故障发生后，系统自动对故障现象和处理方案进行记录，能够不断丰富故障库，提升对不同故障判断的准确性。系统还能够将故障分析结果传递给控制中心，将故障信息显示在监控终端上，便于操作人员对故障情况进行了解。

图1 馈电保护系统结构示意图

2 系统硬件结构设计

由于煤矿井下高湿、高尘、高电磁干扰的环境，对整个馈电保护系统提出了更高的要求，因此为了满足井下特殊环境下高可靠性的需求，其数据处理器采用了嵌入式的32 位处理器，为了满足对数据快速分析和处理的要求，在处理器内还设置了4 组独立的数字量信号转换模块，内置转换模块的方式能够有效降低系统设计的复杂性，而且能够提高转换模块的可靠性和数据处理速度，降低能源消耗。

系统采用了多种类型的监测传感器及数据信息处理元件，其工作电压需求各不相同，为了提升系统工作的稳定性，在供电电路上设置了稳压芯片，能够实现对多种电压的稳压，各个硬件端口之间采用了标准的数据通信接口，能够实现监测信号的稳定传递，同时具有了良好的扩展性，能够满足系统不断升级的需求，该馈电保护系统的硬件结构如下页图2 所示[2]。

井下电网在工作中受到设备运行时的电流冲击大，因此电网供电时的电压和电流存在较大的波动，无法满足新型馈电保护系统工作稳定性的需求，因此在设置稳压芯片的基础上，系统内还设置了专用的稳压电源，能够对馈电保护系统的供电电压进行降压、整流、滤波、稳压、再次滤波处理[3]，从而实现为馈电保护系统提供连续稳定电压的需求，保证系统工作的稳定性和可靠性。

图2 馈电保护系统硬件结构示意图

3 馈电保护系统软件控制

馈电保护系统的软件控制是系统正常工作的核心，为了实现综合保护功能，该系统主要包括了温度采集、运行功率检测、故障判别、数据通信等多种类别的程序，在运行过程中系统首先对电路进行初始化，并进行有功功率检测和无功功率检测，并对系统硬件的状态进行自检，确认硬件状态正常后开始转入到系统运行监测中，对整个电网的运行状态进行巡检，出现故障信号后及时进行故障锁定和判断，对故障进行及时处理，确保整个供电网络的安全性，该馈电保护系统控制逻辑如图3 所示[4]。

该馈电保护系统应用以来，对井下供电网络的运行可靠性进行监测，在6 个月的监测时间内，电网出现故障的次数为3 次，比优化前降低了88.9%，每次发生故障后的平均处理时间约为2.4 min，比优化前降低了约90%，同时系统所具备的自我学习能力使馈电保护系统具有了较高的智能化程度，通过不断地学习提升工作稳定性和安全性，对提升井下供电安全具有十分重要的意义。