采煤機漏電保護裝置及其性能參數確定研究

李林海

（山西義棠煤業有限責任公司， 山西 介休 032000）

1 采煤機漏電保護裝置概述

1.1 采煤機電氣系統

現階段，我國的采煤機大多使用內置隔爆兼本質安全型電控箱。這種電控箱是電氣系統的一個安裝載體。電工箱可以完成采煤機的總電源引入與變換、各動力控制電纜的分線連接。同時在電控箱的前面板還可以對采煤機進行操作，例如：采煤機整機的上電與下電，電機的啟動與停止，變頻器的上電、下電、急停、調高，運輸機的停止等操作。通常電控箱有三個腔室，分別為接線腔、開關腔和電控腔。接電腔完成電氣系統的分接線工作；開關腔裝有隔離開關、真空接觸器、漏電閉鎖模塊、變頻器進出線電抗器等原件；電控腔里面裝有主控器、遙控電源組件、變頻器等。在電控箱外還裝有濃度甲烷傳感器和操作站等[1]。

采煤機的內部由主控系統及交流變頻調速系統組成隔爆兼本質安全型的電控箱電氣系統。主控系統由操作站、遙控器、控制電源組件、主遙控器等元件組成，

在通常情況下交流變頻調速系統是由一臺變頻器拖動兩臺牽引電機組成。同時，電控箱的電機系統可以對采煤牽引電動機，調高電動機各元件進行控制以及保護，還能顯示當前的操作狀態，運行故障等信息。

目前，我國最常用的采煤機型號是KXJ5/1140C，額定工作電流為267.8 A，工作電壓為1 140 V。牽引電動機與截割電動機都為2臺，截割電動機的額定工作頻率和額定工作電流分別為50 Hz和200 A，牽引電動機的額定工作頻率和額定工作電流分別為83.4 Hz和40 A。系統中接、排線用于控制電源的引出，如圖1所示是采煤機漏電保護線路框。

1.2 主要電氣設備（如表1所示）

圖1 采煤機采煤機漏電保護線路框

表1 主要電氣設備

端頭控制站接收盒主要是處理來自左右端頭控制站的信號然后輸出相對應的控制信號。包括了采煤機、先導回路的自保接點、牽停、加速、牽引方向還有搖臂的升降等，瓦斯處理及漏電閉鎖組裝盒是處理來自甲烷傳感器的信號。無線電遙控接收盒是處理來自左右、無線電遙控發射機的信號輸出相對應的控制信號。

2 采煤機漏電保護裝置工作原理及其性能參數確定

由于煤礦井下工作環境相當惡劣，采煤機在礦井下的運行必然受到環境的影響致使設備出現故障，其中漏電故障是最常見的故障之一。目前采煤機的供電系統大多采用中性點不接地方式。這種方式下的供電系統漏電電流非常小。所以很難區分故障狀態是否正常。因此設立一個接地的檢測電源是有必要的。通過對漏電時的信號檢測，推動后級觸發器實現保護。現采煤機漏電保護裝置主要采用附加直流電源式保護方法。由三相電抗器、零序電抗器、電容、直流電源、采樣電阻、電動機、絕緣電阻、比較器等組成（如圖2所示）。

圖2 漏電閉鎖原理主電路

正常運行狀態下，絕緣電阻相比電流大很多，采樣電阻上的電信號微小，由此看出，絕緣電阻的電阻值與采樣電阻的電壓值成反比關系，在絕緣電阻發生漏電故障時，回路形成直流回路，此時電流與電阻電壓值都變大。等絕戀儲值小于漏電標準電阻值時，采樣電壓值大于設備電壓基準值則可判斷電動機發生了漏電故障，漏電閉鎖的檢測電路原理與此相通。漏電閉鎖在采煤機上電之前進行檢測，設定的阻值是繼電器阻值的3倍左右，在電阻值降到規定值3.1 kΩ時，設備執行漏電閉鎖，當采煤機對地絕緣電阻值到規定值的1.5倍時，解除漏電閉鎖動作[2]漏電保護動作值詳細參數如表2所示。

表2 漏電保護動作值詳細參數

3 漏電保護裝置的改進方案

對電氣系統保護裝置進行改進時，可由開關電源為整個電路供電。采用兩路完全相同的24 V直流電源形成直流回路，兩個回路經過霍爾電流傳感器的采樣之后，送到減法裝置進行處理，然后將信號送給比較器后到PLC進行實時顯示。裝置的模塊主要有漏電檢測模塊、繼電器模塊、電源模塊、CPU模塊、數字量的輸入輸出模塊與保護模塊等構成[3]。

4 結語

了解采煤機漏電保護裝置的電路圖情況及整個電氣系統構造，掌握采煤機運行狀態、運行參數以及故障報警等，以確保采煤機及其漏電保護裝置正常運行。

[1] 卜華偉.海洋石油平臺電氣設備漏電保護措施分析[J].中國石油石化，2017（12）：23-24.

[2] 李煒懌.基于C8051F120的采煤機漏電保護裝置的設計[J].計算機與數字工程，2017，45（3）：594-597；602.

[3] 王彥文，劉文軍，高彥，等.基于零序電流群體比幅比相的選擇性漏電保護新方案[J].煤炭學報，2010，35（3）：515-519.