智能型矿用隔爆馈电开关设计研究

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摘要：随着我国科技力量的的增强，煤矿在发展过程中采用的越来越多的大型化机电设备。机电设备的主要动力来源就是靠电的供应。馈电开关在井下的电路中起着通、断电的功能，同时为了保护电路馈电开关还需要对电网中存在的各种故障进行监测，并在发生故障时，及时断开电路，保证人身安全。为此设计了基于PLC的智能矿用隔爆馈电开关，从馈电开关实现对电网中相关参数的检测、选择性漏电保护、相敏保护、负序保护和欠压过压以及过载保护等功能。对其PLC软件结构进行设计，满足能够进行人机交互，从而实现馈电开关对整个电网系统的保护功能。

关键词：煤矿；馈电开关；PLC；人机交互

煤炭资源在我国自然矿产中占据着重要的地位，在能源结构中占到70%左右。在实际的开采过程中，我国煤矿大都属于地下开采，地下开采就意味着井下生产条件和工作环境恶劣。同时在开采的过程中，井下采用的都是大型机电设备，机电设备主要的动力来源就是井下电网，井下线路基本铺设在煤矿巷道中。由于井下自然条件不稳定，甚至是井下工作面经常出现瓦斯积聚的现象、由于线路老化或者是工人操作不当，矿井井下低压电网经常会出现短路、漏电等现象，如果不能够及时发现就会导致线路绝缘层被击穿后，进而发生更严重的二相和三项短路。电网中的短路会产生电弧和电火花，在这期间就会对井下工作人员造成人身安全隐患。由于井下的自然环境特殊并存在着易燃易爆气体，短路后电火花可能造成更大的危害。馈电开关一般设置在整个配电网的变压器和磁力启动器之间，其主要作用：（1）整个系统的总开关；（2）对整个电路进行检测，当电路中存在着由于电流电压引起的故障时，能够实时记录故障状态，同时切断整个电路供电，以达到保护工作人员和设备的目的；（3）对于含有多个回路的电网，在某一支路发生故障时，馈电开关可以进行选择性断开，断开某一支路的供电，保证其他支路不受其影响。

1馈电开关的保护功能的实现

1.1电网相关参数的检测

电网参数的检测主要是与电网故障相关的的参量，在电网中主要检测参数的电路如图1所示。

1.2选择性漏电保护

漏电保护装置要既要满足准确性又要满足快速性。通过采用幅值加相位相结合的判断方法，保证能够准确判定线路是否存在漏电现象。漏电保护的快速响应采取硬件的快速响应，当PLC接收到判定信号时，就启动执行断闸命令，其几乎可以达到毫秒级。两者的相互结合能够加有效的发挥各自的优点，进而实现漏电保护功能。其电路框图如图2所示。

1.3相敏保护

结合上文PLC在判定上存在着一定的困难性，结合相敏保护特性，采用硬件模电来进行电路保护。其保护电路图如图3所示。

1.4欠压、过压、过载保护

煤矿井下电网中的欠压是指当PLC测定的电压值低于额定电压值的75%时，过压是指测定的值大于额定电压值的110%，采用的PLC进行判定延迟启动策略。当过载时需要进行判定过载电流的大小，越大延时时间越短。

2系统结构设计

结合煤矿井下特殊的地理环境和气候环境，选择台达DVP-SS系列作为其控制器，具体选择为DVP14SS11R，控制系统的流程图如图4所示。PLC控制系统的流程直接决定着馈电开关的工作状态。在实际运行过程中，控制器首先要对煤矿井下的绝缘状态以及井下的瓦斯浓度状态进行测定，保证合闸期间产生的电弧或者电火花不会引起安全事故，起到基础的安全保障。若是瓦斯浓度过大或者是绝缘异常，馈电开关自锁，并显示出故障原因。若检测完成没有问题，工作人员需要对馈电开关的参数进行设定，设置完成后方可启动馈电开关，启动后系统会进行自检监视，对电网中的各个支路状态进行检测，一旦发现故障源头，就会迅速响应断电保护，并进行故障显示。若正常运行则正常显示电网中的各种参数值。

3结语

结合实际工作中的馈电开关的工作机制，以台达DVP14SS11R作为控制核心，结合煤矿井下电网中的故障检测机理和实现的电路，利用硬件模拟电路结合PLC快速响应机理对煤矿井下电网进行保护。利用电网中的参数、相敏保护、选择性漏电保护以及欠压、过压过载保护等的电路图进行设计，保证了馈电开关在电网中的保护的快速响应和灵敏动作，为井下电网的安全提供保障。

参考文献：

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作者：马丽茹 童和平 任楠杰 单位：长治职业技术学院 广东开放大学 太原理工大学矿业工程学院