井下高開柜后臺的開發應用

張海龍

（西山煤電西銘礦， 山西 太原 030052）

引言

目前，西銘礦原有高開柜設備的安全性和可靠性較低，因此研發一種礦用隔爆型鋰離子蓄電池一體化電源系統是一種必然要求。它可以順利完成礦山井下的控制、保護電源，并使后備電源向隔爆型、大容量、可靠性、安全性提升。目前，西銘礦通過對大量產品了解，對國內現有相關的產品進行篩選，然后與其技術人員交流溝通，并在西銘礦試運行。

1 目前西銘礦高開柜所存在的問題

當前西銘礦大部分煤礦的井下高爆開關柜的控制和保護電源均由高壓供電系統的電源供電，即由高爆開關柜內高壓互感器的二次線圈輸出的交流電源為高爆開關柜的控制和保護電源供電。控制和保護電源相互間不獨立，供電不可靠，維修頻繁，故障率較高。其主要問題是:當其中一處線路出現短路故障的時候，供電系統的電壓將會瞬時下降到額定電壓的65%以下，繼而使高爆開關柜中的電壓互感器的二次輸出電壓也緊接著急劇下降，致使控制和保護回路全面失電、保護裝置的出口繼電器不能動作、斷路器不能分閘[1]。

一般來說，保護回路裝置從收集系統故障信號到驅動斷路器分閘的間隔時間大約是100 ms，如果沒有持續穩定的控制和保護電源，斷路器將無法快速、可靠地分閘，易于引起大面積的停電事故。

由于供電系統的電源和控保電源同源，因為供電系統電壓時常的波動、多次諧波干擾等原因，經過高壓互感器將直接傳遞到保護裝置[2]，會讓保護裝置上的工作電源的質量不穩定，如果長期不穩定，可導致保護裝置安全性下降。特別是煤礦井上變電所基本上處于山區，供電線路容易遭受雷擊。當供電線路遭受雷擊時，雷電的過電壓會經過高壓電壓互感器瞬時傳遞到高爆開關柜內的控制和保護回路，燒毀電氣元器件導致控保功能的失效，甚至燒毀用電設備。

煤礦井下供電系統與井上地面調度聯系是由電力監測監控系統維系。煤礦井下供電運行狀態和數據資料等最主要數據的上傳、關鍵設備的遠程控制及操作等功能都依賴于該平臺實現。如果沒有可靠的后備電源為電力監測監控系統供電，在井下停電時，其實時監測功能將無法實現。

由于現今礦山井下電源技術的局限性，礦山井下瓦斯監控監測設備、人員定位系統的后備電源容量較小、后備時間短，而礦山監測監控設備需要4～8 h后備時間，無法滿足要求。當監測監控設備失電后，井下所有的監測監控數據將無法上傳到地面調度，使礦井存在安全隱患。因此，該項目的目的是為了完全解決原有設備的安全性和可靠性的欠缺，從而大大提高煤礦井下供電、監測監控的可靠性。

2 研發項目的技術可行性分析

2.1 檢修方案

該項目主要是為提高井下供電、監測監控的安全性，為保護和控制回路提供后備電源?？紤]到井下設備的斷電檢修，按不同要求或現場實際情況，可以采用兩種檢修方案：

1）臨時檢修電源由原有的電壓互感器供電時，當需要斷電檢修電源系統時，將由快速繼電器切換到電壓互感器的輸出電源，由電壓互感器的輸出電源臨時供電。

2）臨時檢修電源由直流電源旁路供電時，當需要打開設備腔前門檢修時，可以由檢修旁路臨時供電。

2.2 創新點

1）本隔爆型電源裝置中的饋出電路，采用了既簡單又可靠的創新設計，通過并下隔爆型開關柜（電器）柜內的柜門開啟聯鎖機構或者附加限位開關作為一個控制節點來控制本隔爆型電源裝置饋出電路的輸出與否，從而滿足了并下隔爆電器設備開門斷電的要求。JC1、JC1/N為饋出回路真空接觸器，正常工作時，按下按鈕AN，接觸器線圈帶電，接觸器主觸頭閉合，將隔爆饋電裝置電源輸送給相應的并下配電所高壓開關柜。KW為井下配電硐室高壓開關柜前門開啟斷電的聯鎖限位開關或柜內原有聯機構，當開啟任一井下配電所高壓開關柜前門時，KW動作，將隔爆箱饋電裝置內對應饋出回路的真空接觸器線圈的+DC24V電源斷電，JC1和JC1N主觸頭斷開，達到停止供電的目的。+DC24V為單極輸出，且電壓低，因外部其他設備無法構成回路，不會產生火花和電弧。如果+DC24V開路，饋出回路無輸出時，監控系統會發出失電告警信號。

2）考慮到設備的檢修需要，設計一套隔爆型高壓開關柜內部綜合保護器供電電源的自動切換電路。當外部隔爆型蓄電池電源裝置需要停電檢修時，通過繼電器JD的自動轉換，可以由隔爆型高壓開關柜內部電壓互感器提供的交流電源作為臨時電源供電。當隔爆型蓄電池裝置檢修完畢后，恢復直流供電，綜合保護器自動恢復直流供電。

3）蓄電池組的一主一備工作原理。兩套蓄電池電源裝置可任意作為第一套。

4）該項目是新增項目，需要組織相應工作人員進行系統培訓，充分了解項目內容，以便更好地處理、解決運行中的問題。

3 應用效果

1）按某礦年產300萬t原煤，年生產時間200 d計算，3個工作面，每個工作面日產5 000 t 2班16 h，即每小時產煤312.5 t，平均每噸煤以200元計算，若由于供電故障停產1 h，則一次故障停產損失的效益為 312.5 t×200元 /1 h=62 500（元）。

2）實現無人值守可減少變電硐室值班人員，降低運行成本。如某礦并下共10個變電所，按有人值守規定值班人員為兩人，12 h制，一個圓班4人，加輪休一個變電所需安排5～6人，10個變電所為60人，每人每月工資平均4 800元，若采用無人值守，減員40人，則共可節約人工費用為40人×4 800元×12月=2 034（萬元/年）。

4 結論

通過新技術的實施，大大提高了煤礦井下供電的安全性和可靠性，提升了煤礦井下供電裝備的技術水平，有效降低了發生大面積停電事故的次數，很好地解決了井下后備電源后備時間短的弊病，為實現井下自動化水平的發展奠定了基礎，具有很好的社會效益和推廣意義。