礦用隔爆型高壓電源轉換裝置的設計

劉少兵

(山西潞安煤炭技術裝備有限責任公司，山西 長治 046204)

漳村煤礦井下主運輸膠帶采用雙回路高壓啟動器進行啟動，主膠帶由兩部電機進行驅動，每部電機有兩臺高壓啟動器，一用一備，但是由于電機接線喇叭嘴結構限制，每臺電機正常運行只能有一根電纜連接高壓啟動器，一臺高壓啟動器出現故障后，另一臺啟用的話需要重新連接電纜，費時費工，嚴重影響井下生產。礦用高壓電源轉換裝置作為中間件轉換，將兩臺高壓啟動器和電機進行有機連接，可以保證在回路斷電或高壓啟動設備故障時，不必重新連接電纜，實現不停機轉換，保證主運輸膠帶正常運行。

1 目前運行工況分析

漳村煤礦井下主運輸膠帶的兩個電機M1和M2規格為630 kW/6 kV，分別由兩個回路上的高壓啟動器連接啟動，見圖1。正常運行時，一回路啟動器啟動M1，二回路啟動器啟動M2，當某一回路斷電或某一啟動器故障時都會造成電機斷電，主膠帶輸送機停機。如需排除故障保證主膠帶輸送機正常運行，需要更換供電回路或更換啟動器，無論哪種方式都需要工人將斷電電機的電纜重新接線，連接電纜費工費時，影響膠帶輸送機正常運行。

2 高壓電源轉換裝置設計

針對漳村煤礦主膠帶供電工況分析，如果在兩臺高壓啟動器及電機之間增加電源轉換裝置，即可避免供電系統故障狀態下工人重新連接電纜的問題。但經過調研，目前國內沒有“免接線”高壓電源裝轉換裝置，因此綜合研判漳村煤礦及其它礦井井下供電系統工況設計了一款礦用隔爆型高壓電源轉換裝置[1-2]。

圖1 常規主運輸膠帶機供電系統示意

2.1 高壓電源轉換裝置的設計重點

1) 運行可靠的高壓隔離轉換開關。該裝置設計是保證高壓供電可靠的關鍵，需要有靈活可靠的機械轉換結構、足夠的機械強度以及介電強度，滿足雷電沖擊、工頻耐壓試驗及絕緣水平。

2) 嚴格的電氣閉鎖邏輯控制。高壓電源轉換裝置作為4臺高壓啟動器同2臺電機之間的“兩個回路-兩設備”之間的電纜和電源連接轉換，涉及到供電系統兩回路之間、高壓啟動器之間以及高壓電源轉換裝置與高壓啟動器之間的互相閉鎖關系，可靠、合理的邏輯控制是該產品設計的關鍵。

2.2 一次電氣原理圖設計

圖2為高壓電源轉換裝置一次電氣示意，該裝置內安裝兩臺高壓隔離開關Q101和Q201，每臺隔離開關輸入側可與兩回路進線連接，兩回路經轉換裝置的1號隔離Q101和2號隔離Q201號隔離輸出至兩個電機。

圖2 高壓電源轉換裝置一次電氣示意

2.3 二次電氣原理圖設計

圖3為高壓電源轉換裝置二次電氣原理。

1) T1電壓互感器一次接隔離Q101和 隔離Q201的輸出側，保證任何一個隔離的任何回路，只要處于通電輸出狀態都可以監測其電壓值，二次回路輸出100 V和42 V，100 V接雙電源模塊用于PLC供電，42 V用于電壓取樣；

2) L1、L2、L3電流互感器輸出1 V，用于主電路電流采集；

3) PLC保護器，24點CPU模塊 RPC2107的額定工作電壓為220 VAC，具有14路24 VDC輸入通道及10路繼電器輸出通道；

4) 雙電源模板RPC2700，接收兩個電壓互感器傳輸過來的100 V交流電，將其整流輸出至PLC提供電源。

圖3 高壓電源轉換裝置二次電氣原理

2.4 電氣閉鎖邏輯控制

1) 正常運行時，如果需要將隔離斷開，這時隔離機械閉鎖要求必須按下急停按鈕，該按鈕具有電氣閉鎖功能，將上級高壓啟動器分閘斷電，隔離進線失電，電機失電，避免高壓電源轉換裝置的隔離開關帶負荷分閘產生電弧，從而燒毀設備。

2) 正常送電操作時，隔離開關必須合閘至1回路或2回路，這時1回路或二回路上的高壓啟動器才能合閘送電，保證隔離開關進行合閘操作后高壓啟動器才可以進行合閘送電，避免高壓電源轉換裝置的隔離開關帶負荷送電。

3) 正常送電操作時，隔離開關合閘至一回路時，必須確保上級二回路上的高壓啟動器無法合閘送電；隔離開關合閘至二回路時，必須確保上級一回路上的高壓啟動器無法合閘送電。總之隔離開關一個回路帶電運行時，另一回路啟動器無法合閘，保證隔離開關進線側始終只有一個回路帶電運行，該產品進行分腔設計，共有進線腔、出線腔、本體腔、隔離腔。

3 高壓電源轉換裝置供電原理

增加高壓電源轉換裝置后的供電系統見圖4。

圖4 高壓電源轉換裝置供電示意

一回路的兩個啟動器Q11和Q12分別接轉換裝置的Q101和Q201隔離的一回進線，同樣二回路的兩個啟動器Q21和Q22分別接轉換裝置的Q101和Q201的二回進線，轉換裝置的兩個出線分別接兩個電機M1和M2。正常運行時Q11經Q101隔離的一回路進線帶M1電機，Q22經Q201隔離的二回路進線帶M2電機。當1回路斷電時，Q11失電，Q101號隔離一回路失電，M1電機失電，這時，轉動轉換裝置的Q101號隔離的手柄將隔離開關轉至2號位置，并且啟動Q21，Q101號隔離2回路帶電，Q21經Q101號隔離的二回路啟動M1電機，從而實現不停機轉換，其他情況亦然。

4 結 語

1) 礦用隔爆型高壓電源轉換裝置內部由兩臺隔離開關組成，每兩臺隔離開關之間有可靠的機械連鎖和電氣連鎖。當常用電源(常用回路)出現故障時，手動切換隔離開關，將常用電源切換至備用電源(備用回路)，縮短了重新接線的時間，不僅給煤礦的生產提供了產量保證，而且防止了人員高壓接線的安全隱患。

2) 礦用隔爆高壓電源轉換裝置適用于煤礦井下高壓10(6)kV的進線雙電源四回路供電系統中，可以完成電源之間和回路之間的相互切換，用于不允許斷電的重要場合，礦用隔爆型高壓電源轉換裝置的設計與應用，為煤礦井下重要的高壓負荷提供一種穩定的供電保障，可大大減少事故發生率，保障煤礦企業高效生產。