煤礦電氣設備自動化技術探討

楊志光

（陽煤（集團）中小企業集團陽泉新瑞昌機械有限公司， 山西 陽泉 045001）

引言

高效率是煤炭生產的宗旨，節能和環保是新形勢下的要求。隨著電氣自動化技術的興起，煤炭機械設備與電氣自動化技術的結合更加緊密，在電氣自動化技術背景下，煤炭的生產流程和方式發生了根本性改變。

1 電氣自動化技術的特點與優勢

相比于傳統的煤炭機械技術，電氣自動化技術有諸多優勢，例如，可以保證煤炭的生產效能。現階段，煤炭的開采大多使用電牽引的方式，一般使用MG300/730-WD等多種型號的電牽引機器，有些煤炭開采的過程使用了多電機驅動的方式，依據交流異步電機的轉速原理，對采煤機進行變頻調速，電機的轉速往往與電源的頻率成反比，在電機極對數和滑差率相同的情況下，改變電源的頻率可以較好地調節發電機的轉速。采煤機在無極調速交流變頻技術的支持下，可以直接無鏈驅動，大大地提高采煤效率。控制系統的管理同樣需要電氣自動化的參與，采煤現場需要配備監控控制系統，能夠在實時監控的基礎上進行信息的反饋，進一步地提高采煤流程的控制效率[1]。

2 電氣自動化技術的具體應用

2.1 在采掘設備中的應用

橫向安置的多電機驅動系統已經廣泛應用在采掘設備中，隨著生產能力的加強，裝機的容量正在逐漸擴大，總裝機功率已經從1 000 kW逐漸擴大為1 500 kW，電機的牽引功率擴大為120 kW。交流電牽引電機廣泛應用在煤炭采掘中，提高了設備的應用效率，使煤炭設備的運轉更加穩定高效。另外，機械的抗污能力較高，為后期的機械維護節約了成本。計算機作為自動化控制技術的核心，準確高效。煤炭的采掘過程同時運用了傳感技術和故障檢測技術。在輸送機的發展方面，一些先進的國家已經漸漸實現重荷載化與多樣化，并應用和推廣了雙速電機等先進設備。

為了更好保障采煤的安全，液體支架的操作中滲透了計算機控制內容，使得電液控制更加準確，并能夠提供大流量的工業運輸，電液支架的移動速度明顯加快，提升了采煤效率[2]。

我國的煤炭采掘技術相對較為落后，一些運用交流電牽引的企業需要從海外購進各類電控元件，我國的眾多采煤生產廠商已經著力研制大功率的采煤機械，上海煤科院生產出的MGTY400/900-3.3D變頻調速電牽引采煤機已經逐步投入到采煤生產工作中。

2.2 在運輸設備中的應用

很多煤炭企業已經引進了集中監控與直流調速的全數字系統，具有實效性和穩定性的特點。應用PLC方式可以保證全程操控煤炭運輸調控系統，煤炭運輸系統設置有監控中心，通過計算機的自動化監控，在保障煤炭生產高效能基礎上，降低了煤炭生產事故的發生率。

3 自動化變電站技術

通過計算機的綜合操控，煤炭電力系統發生突發故障時，變壓器的成套保護可以起到應急作用，有效降低了短路造成的危害，在過流故障、短路故障等發生時，也可以進行保護。自動化變電站技術設置有后臺監控系統，該系統分為通訊管理系統、后臺監控微機與保護單元，監控保護裝置中設置間隔層，具體負責傳達指令與監控后臺設備的運行。

3.1 110 kV變電所工程概況

出線路3回，主變壓器3臺，采用線路變壓器組分段接線。母線短路電流水平25 kA，采用直線接地方式。

基于煤礦電力供應與設備運轉的因素，主變壓器設計采用集中組屏方式，設置主監控室，并控制后臺監測系統，開關柜裝有6 kW保護裝置，通過RS485通訊接口向后臺監控系統傳輸信息，節約空間、方便操作。

3.2 變壓器成套保護設備

主要裝置為變壓器差動保護裝置MTPR-110SD、綜合控制裝置MMCU-10H、變壓器后備保護裝置MTPR-035HB。在匝間短路與相間短路等多種變壓器故障發生時，可以通過變壓器成套保護設備實現安全應急操作。該設備對變壓器過負荷、過流等危險狀況和溫度壓力釋放等故障也有保護作用。在110 kV線路保護中，使用MLPR-10H2型微機線保護設備，具體組成部分有三段式過電流保護、單相接地保護與后加速保護。系統中設置有低電壓保護設備MOTS-10H和微機型PT切換裝置。加雙母線或單母線分段主接線方式下的PT轉化得以實現。設備具有兩段母線的測量保護，可以自由切換，沒有關聯的母線也可以實現監控控制與低壓保護。

3.3 后臺計算機監控系統

珠海萬力達生產的WLD2100變電站是當前國內較為穩定的變電站系統，監控保護單元使用隔層設計，通訊的中心是通訊計算機，可以與網絡通行層的設備進行通訊規約轉換，有效監控后臺計算機的運行，傳達上級指令。后臺監控計算機（站控管理層）能夠對現場采集和保護設備發出的相關信息進行全面統計、分析、顯示、打印。能夠根據安全情況發出警報。計算機技術有遠程控制功能和數據處理功能，有效的提高了整個變電站的自動化水平。

4 煤炭企業自動化技術平臺的構建

使用最先進的自動化產品，構建三層網絡控制結構，保證采煤、運輸、煤炭加工、安全、水電安全系統等能夠實現自動化控制[3]。

自動化控制系統分為控制層、設備層物理結構和控制層物理結構三個層次，其中，控制基礎信息層是基于以太網開放的網絡協議TP技術。管理層利用計算機等對煤炭企業中各類信息進行實時了解，實現企業的統一調度管理。

煤炭企業自動化控制系統控制層包括了現場操作員站、DOS現場控制站、中央控制站和就地控制站等，自動化控制系統設備層通過網絡連接地層現場的設備，包括現場儀器儀表的連接，遠程I/0站。

煤炭企業自動化控制系統簡單結構如下：企業調度中心的指揮人員使用大屏幕進行調度，并實時把握公司的各項基礎信息，在上述系統的情況下對企業進行全方位的調度與指揮。企業的生產控制中心是企業各個生產職能部門的控制中心，可以通過專人對其中生產環節進行控制。首先，發布命令給其他各個分控制系統，對煤礦的各個系統設備的運行情況進行監控，其次，對全部的電氣設備實現地面控制與監視，在無人值守的情況下，促進煤炭整體管控一體化的目標。

5 結語

隨著科學技術的不斷發展，電氣設備自動化技術已經滲透到了煤炭生產環節的方方面面。首先，煤炭采掘設備的自動化程度加大，采煤技術更加穩定、精確。其次，煤礦運輸和變電站等自動化系統的應用極大提高了煤炭的生產加工效率，保障了煤炭工程的穩定運行。遙測儀、紅外線設備等諸多傳感技術的應用大大提高了煤礦設備的安全性能。

參考文獻

[1]符志強.煤炭生產機械設備中電氣自動化技術的運用[J].山東煤炭科技，2017（3）：117-118.

[2]賈瑛.煤礦機械設備電氣自動化技術的應用研究[J].科技與企業，2013（13）：137.

[3]謝運動.機械設備電氣自動化技術的應用研究[J].科技傳播，2013（5）：105-106.