可控硅過流保護裝置在煤礦技術中的應用

摘 要：近年來，隨著煤礦產能的不斷提高，井下電氣設備越來越多，設備的結構也日趨復雜化，一旦這些設備出現短路故障，瞬間產生的過電流會對煤礦井下電網造成嚴重影響。為此，必須采取可靠的過電流保護措施。大量的實踐表明，可控硅過流保護裝置能夠對煤礦井下電氣設備和電網起到一定的保護作用，有助于確保煤礦井下電網安全、穩定、可靠運行，這對于煤礦的正常安全生產意義重大。基于此點，本文就可控硅過流保護裝置在煤礦技術中的應用展開探討。

關鍵詞：可控硅；過電流；煤礦；電氣設備

1.可控硅及其過流保護裝置概述

可控硅又被稱之為晶閘管，它屬于一種大功率開關型半導體器件，該器件具有硅整流器件的基本特性，能夠在高電壓、大電流條件下運行，且運行過程能夠控制，常被應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關；高、低壓開關柜以及變頻器等電子電路當中。

1.1.可控硅的結構形式及特性

1.1.1.結構形式。按照可控硅外形的不同，可將之分為三種形式，即螺旋式、平板式和平底式，其中螺旋式應用較多。無論哪一種形式的可控硅都有三個電極，分別為陽極（A）、陰極（C）和控制極（G）。由于可控硅是借助觸發信號來控制導通的，故此其與只有一個PN結的硅整流二極度管在結構上有很大差別。通常情況下，將5安培以下的可控硅稱之為小功率可控硅，而大于50安培的則被稱之為大功率可控硅。

1.1.2.特性。可控硅最為顯著的特點是觸發性，但必須指出的是，若陽極或是控制極外加的電壓為反向電壓，便無法使可控硅有效導通。控制極的主要作用是利用外加正向觸發脈沖使可控硅導通，但卻并不能使之關斷，想要使可控硅自行關斷必須將陽極電源斷開，如果可控硅的陽極與陰極之間外加的是交流或脈沖直流電壓，當電壓為零時，可控硅便會自行關斷。

1.2.可控硅過流保護裝置的保護方式

可控硅過流保護裝置的保護方式相對較多，比較常用的有以下幾種：

1.2.1.快捷熔斷器保護。該方法最大的特點是簡單方便，也是目前普遍采用的一種保護方式。快速熔斷器的電流主要是指有效值，可控硅的電流則是指正弦半波電流平均值，但實際上快速熔斷器的熔斷特性與可控硅的允許過流特性非常近似，通過大量的試驗證明兩者幾乎相等，這樣一來在具體應用中便不需要在進行復雜繁瑣的計算，所以這種保護方式非常簡單。

1.2.2.在線路中設置過流保護。在長期過負載的前提條件下，采用移相的方法可以使脈沖后移，并脫離長期過電流的狀態，從而起到保護可控硅裝置的作用。采用移相的方法作過電流保護的方式較多，比較典型的有拉逆變、電流截止、過流保護等等。

2.可控硅過流保護裝置在煤礦中的具體應用研究

2.1.在煤礦井下設備中的應用

在可控硅過流保護裝置中，可利用電量采集器實現對煤礦機械設備的安全監控。電量采集器作為可控硅過流保護裝置的核心監控系統，能夠對煤礦機電整體系統的運行狀況進行全過程跟蹤監控，尤其可實現對生產運輸設備皮帶機、刮板機；通風設備主井、副井通風機；排水設備主井水泵；主井、副井提升絞車；采煤機、掘進機等重要機電設備工作狀態的實時監控，同時利用微機信號分析處理器取得監控數據，將其作為機電設備安全管理的重要依據。在實際操作中，井下分站由一種二級到三級分布式的集散管理系統組成，這是電量采集器系統的主要配件部分，主要負責對井下作業環境、生產參數、整體工作進度、排水情況的連續監測，既可以監控可控硅整流裝置中的過流保護裝置，也可以準確監控和檢測礦井其他情況，如監測井下瓦斯濃度、一氧化碳含量、風速負壓等情況，以確保井下作業環境的安全。電量采集器分站要與地面上的中心通訊站點實現連接，不僅能夠及時傳輸井下作業環境的各種數據信息，還能夠通過接受并執行地面中心通訊站的命令，進而強化地面中心通訊站對井下作業的實時監控。

2.2.可控硅裝置與高壓斷路器的聯用

在煤礦機械設備中，可控硅過流保護裝置在穩定電路、保護電路、維護運行中電氣設備安全等方面有著重要作用。而煤礦機械電路體系中的高壓斷路器是保證系統穩定、安全運行的重要基礎，是保護和控制煤礦機械電路系統正常運行、可靠工作的先決條件。為此，煤礦機械設備安全管理應充分發揮可控硅過流保護裝置和高壓斷路器的雙重作用，通過適度協調二者的功能和性能，從而保障煤礦機械整體系統的運行安全。當前，一般采取高壓智能過流斷路器，該斷路器由三個獨立操動機構組成，通過匯控箱實現三相的匯通聯動，并由各相的機構傳動輸出軸與極柱直接相連。同時，在斷路器的過渡保護裝置上還需安裝繼電啟動器閘門。當可控硅過流保護裝置與高壓智能過流斷路器進行聯動時，通常情況下只需要采用單個操動機構組成的斷路器，而后再以操作桿聯接方式與操動機構實現聯動。

3.結 論

總而言之，煤礦井下設備的安全、穩定、可靠運行，是確保煤礦正常安全生產的前提和基礎，而想要實現這一目標，可控硅過電流保護裝置無疑是最佳的選擇。通過該裝置的應用，不但能夠提高煤礦井下設備運行的安全性，而且還能進一步確保煤礦井下電網的穩定運行，這不但能夠為煤礦的正常安全生產提供可靠的保障，而且還能給煤礦企業帶來巨大的經濟效益，對于促進其持續發展意義重大。

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[4]劉政.基于單片機的可控硅全控橋數字觸發控制系統[J].重慶大學學報（自然科學版）.2012（1）.

作者簡介：

李精草（1963.10-）女，1987.7畢業于山西礦業學院機械制造工藝及設備專業，河南能源化工集團義煤集團公司

張 翔（1988.9-）男，2012.7畢業于中國礦業大學采礦工程專業，鄭州煤炭工業集團新鄭煤電

王 娟（1987.3-）女，2010.畢業于南昌大學網絡工程， 鄭州煤炭工業集團研究院