EML340 連續采煤機電氣系統故障分析與診斷

唐會成

（中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西太原 030006）

0 引言

近十年隨著煤礦采掘設備機械化、自動化技術的發展，中國煤炭科工集團太原研究院研制的EML340 連采機在陜西、內蒙等礦區得到廣泛的應用，積累應用超過100 臺，其廣泛的煤層適應性，巷道掘進的高效性，達到國際先進水平。EML340 電氣控制系統比傳統的掘進機設計復雜，自動化功能完善，對設備維護人員提出更多的要求，在使用過程中經常出現故障而無法得到解決，造成設備停機。

EML340 連采機電控系統本身帶有故障診斷功能，可通過HMI 顯示內容，進行故障的排查，但由于各工作面使用工況不同，引起故障的原因也是多方面，檢測人員技術和經驗不同，經常造成故障無法正確診斷，找不到造成故障的根本原因，結合連采機多年使用情況，通過研發人員與售后人員的反饋信息，并結合連采機電控系統特點對連采機電控系統常見問題進行分析，給對各種故障理論分析，并提出相應的解決辦法，有助于使用者快速排除連采機電氣故障，提高設備的使用效率[1]。

1 EML340 連采機電控系統概述

EML340 型連續采煤機總裝機功率約為600 kW，連采機電氣系統由KXJ-500/1140E 隔爆兼本質安全型電氣控制箱、BPB-2×50/1140 礦用隔爆型低壓交流變頻器、ZH2-10 礦用本質安全型變阻器、FBG-400/1140 礦用隔爆型電氣隔離箱、FJYS-40II 隔爆兼本質安全型遙控接收機、XB-24 礦用隔爆兼本質安全型顯示箱、CXB-36C 隔爆型操作箱及外部各種傳感器等組成。連采機電控系統結構如圖1 所示。

KXJ-500/1140E 隔爆兼本質安全型電氣控制箱主要控制截割部、裝運機構、液壓機構；BPB-2×50/1140 礦用隔爆型低壓交流變頻器控制牽引機構，實現割煤、裝煤、機器行走以及除塵等功能[2]。

2 連采機常見故障

2.1 主回路故障

圖1 連采機電控系統結構

主回路即電機控制回路故障，常見故障有電機啟動運行前的回路漏電閉鎖保護以及電機運行中的電機過載、過熱、缺相保護，主回路的電氣保護功能為正常運行提供基礎，確保主回路發生故障時及時切斷供電電源，保護設備及人身安全。

2.1.1 運行前檢測

漏電閉鎖保護，操作箱發出“X 回路”啟動命令，主控箱PLC接收“X 回路”啟動命令，PLC 數字量輸出模塊Q 點閉合，綜合保護器相應回路漏電閉鎖檢測單元繼電器吸合，漏電閉鎖檢測模塊檢測該回路接觸器輸出側到電機供電回路的絕緣狀態，當絕緣阻值低于40 kΩ，主控PLC 將中止電機啟動，同時HMI 顯示器為提示“X 回路漏電閉鎖”；如絕緣阻值高于40 kΩ，PLC 將驅動語音報警裝置預警“X 回路電機啟動，請注意”，報警結束后PLC 將驅動“X 回路”繼電器，使該回路接觸器線圈得電，接觸器吸合“X 回路電機”運行。

漏電閉鎖故障檢測分析:

（1）當發生“X 回路漏電閉鎖”保護時，首先確定綜合保護器及PLC 檢測的開關量輸入模塊是否完好，同時檢查檢測回路電纜是否有松動，可以通過切換HMI 顯示界面，查看PLC 漏電閉鎖檢測輸入點狀態，PLC 輸入點狀態指示燈為“綠色”表明漏電閉鎖保護檢測回路正常；如果PLC 輸入點狀態指示燈為“紅色”，并且檢測回路電纜沒有松動，則是漏電閉鎖檢測模塊本身損壞，需更換新的檢測模塊。

（2）檢測回路通過HMI 查看狀態正常，則漏電閉鎖故障可能是真實存在，可通過拆下接線盒內接線柱的電機供電電纜，用2500 V 絕緣檢測搖表，分別檢測電機供電電纜到電機的絕緣，如果絕緣低于標準值，則打開電機接線盒拆下電纜，分別檢測電機對地及電機對地的絕緣組值，就可以確定是供電電纜的問題還是電機本身絕緣問題；此外電控箱接觸器輸出側到接線盒接線柱供電線路絕緣由于連采機長期工作在井下潮濕環境中，也會出現絕緣水平的下降，可在主腔和接線腔內放置干燥劑，并定期更換[3]。

（3）按照上述檢測方法檢測，都會快速檢測到具體的故障原因，極少情況漏電閉鎖保護原因可能是主接觸器本身絕緣阻值低，或是主回路阻容吸引引起的漏電閉鎖保護。

2.1.2 運行中的故障

主回路電機正常啟動并運行，造成電機運行過程的停機的保護，電機運行保護功能通過三相電流變送器檢測電機運行電流，PLC 實時采集，控制程序通過PLC 采集電流對運行中的電機進行狀態檢測，并做相應的保護。

電機過載保護分析:

（1）電機過載保護原理，電機三相供電回路的電流變送器與PLC 模擬量擴展模塊連接，電流變送器將電機實時電流值轉化成DC 2～10 V 標準電壓值，PLC 模擬量擴展模塊將采集的信號轉化成PLC 可識別的數字理信號，通過反時限保護曲線，設置電機在1.2 倍、1.5 倍、2 倍、3 倍等不同過載程序的保護時間。

（2）造成電機過載保護的原因大部分是由于負載突變引起的，連采機的截割和裝運過程井刀過深，煤炭大理堆積到裝運鏟板，造成電機過載保護。

（3）無重載生產過程中出現過載保護，可通過萬用表檢測電流變送器輸出電壓值是否正常，判斷電流變送器是否損壞，同時切換HMI 顯示界面，查看PLC 模塊量輸入模塊原始值，當電機沒有啟動時變送器輸出DC 2 V 電壓，HMI 顯示對應數字量為6554，如果三個電流變送器檢測電壓值偏差過大，可能是電流變送器損壞，如果電壓值是2 V 而HMI 顯示的模塊量擴展模塊數字與6554 相差過大，則可能是擴展模塊損壞。

電機缺相保護分析:

（1）電機缺相保護檢測硬件與電機過載保護相同，只是程序檢測算法不同，檢測原理是電機正常運行后，PLC 檢測三相電流變送器電壓值，通過程序算法，當電機三相電流最小一相小于三相電流平均值的50%或電機啟動后某一相電流為零。

（2）缺相保護的原因，首先排查供電電源，確保前級供電開關的隔離開關、接觸器無故障，即連采機主控箱接受的三相電壓沒有缺相。排除供電缺相，當主回路接觸器吸合電機運行，出現“X 回路缺相保護”，可通過萬用表檢測電流變送器輸出的電壓值，同時切換顯示界面查看電流變送器對應數字量，判斷是否是電流變送器損壞，如果電流變送器正常，則造成電機運行缺相的原因可能是真空接觸器真空管觸頭不能可靠吸合，最后還需要考慮電機本身問題[4]。

2.2 控制回路故障

控制回路主要包括ELM340 連采機外圍弱電電氣元件，如ZH2-10 礦用本質安全型變阻器、礦用隔爆型急停按鈕，FJYS-40II 隔爆兼本質安全型遙控接收機、XB-24 礦用隔爆兼本質安全型顯示箱、CXB-36C 隔爆型操作箱。

控制回路與PLC 擴展IO 相連的器件檢測，可能過萬用表檢測線路是否可靠連接，如連采機上電后系統檢測正常且沒有急停按鈕按下，按“油泵啟”系統無響應，可用萬用表檢測操作箱“油泵啟”按鍵是否閉合，電纜是否損壞造成斷路。當按鍵正常閉合，電纜可靠連接，PLC 輸入點指示燈不亮，則應考慮PLC 擴展模塊損壞；根據以往經驗，PLC 損壞概率極低，控制回路故障大多數由于使用中造成電纜壓斷或電纜連接處的螺絲松動引起。

連采機牽引履帶變頻器正、反向信號分別由ZH2-10 礦用本質安全型變阻器的左、右手柄（電位計信號）經電位計隔離柵轉換為電壓信號輸入到PLC 的模擬量輸入端（左履帶信號線號為102，右履帶信號線號為103）。變頻器不行走時通過HMI 界面切換查看手柄對應的模擬量信號，手柄在中間位置時，模擬量輸入端的電壓為+5 V，左、右履帶輸入信號顯示約13 800，前進時變為0，后退時變為27 648，左、右履帶輸出信號顯示的變化范圍為0 到27 648。

3 故障的排查

根據近幾年EML340 連采機電控系統故障統計來看，造成故障的原因多數是由于檢修不到位，使用過程中造成電纜斷裂，以及連采機截煤過程的振動引起電纜虛接、松動引起。排查電控系統故意原因首先能確保供電回路正常，然后根據HMI 顯示內容逐步檢測電纜連接、相應功能保護器件是否正常，可采用交換檢測的方法，把相同功能器件的連接進行對換，可快速有效確定故障部件。

4 結語

通過對EML340 連采機電控系統結構的介紹，結合現場使用情況的反饋，闡述連采機電控系統常見保護的功能檢測回路原理，對各種故障的原因進行較詳細的分析，給出使用過程中電控系統故障的檢測方法，有利于維護人員對故障進行快速定位，同時對煤礦其他采掘類設備的電控故障排查備有借鑒意義[5]。