利用輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)延時(shí)段調(diào)節(jié)負(fù)荷的設(shè)計(jì)

張 偉,常軒銘,常奇惠

(潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份有限公司 王莊煤礦,山西 長(zhǎng)治 046031)

采煤工作面、掘進(jìn)工作面產(chǎn)出的原煤普遍采用刮板輸送機(jī)和帶式輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸。由于工作面生產(chǎn)條件特殊,產(chǎn)煤量不均勻,導(dǎo)致輸送機(jī)的載荷忽大忽小。特別是綜采工作面采用放頂煤工藝,受巖石構(gòu)造的影響,放煤量時(shí)多時(shí)少,容易造成輸送機(jī)載荷突然增大,從而使輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)短時(shí)過(guò)載。輸送機(jī)的控制開(kāi)關(guān)具備過(guò)電流(短路、過(guò)載)保護(hù),性能良好。在輸送機(jī)載荷超過(guò)其運(yùn)輸能力并達(dá)到動(dòng)作時(shí)限時(shí),控制開(kāi)關(guān)過(guò)載保護(hù)就會(huì)動(dòng)作,控制開(kāi)關(guān)跳閘,起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的作用。但是控制開(kāi)關(guān)過(guò)載跳閘后,輸送機(jī)雖已停止運(yùn)轉(zhuǎn),但向輸送機(jī)上加負(fù)載沒(méi)有停止,增加了輸送機(jī)過(guò)載量。由于輸送機(jī)上煤量超過(guò)其運(yùn)輸能力,此時(shí)因輸送機(jī)不能再次啟動(dòng),會(huì)使控制開(kāi)關(guān)的過(guò)載保護(hù)再次動(dòng)作。常規(guī)的處理辦法是,先停止向輸送機(jī)加載,再把輸送機(jī)控制開(kāi)關(guān)停電閉鎖,然后人工把超出的煤清理出來(lái),才能重新啟動(dòng)輸送機(jī)。輸送機(jī)運(yùn)行正常后,再把卸下的煤裝到輸送機(jī)上。這種處理辦法投入人力多、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng),大大降低了生產(chǎn)效率,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工作面停產(chǎn)。另一方面,由于輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常過(guò)載,使電動(dòng)機(jī)絕緣提前老化,縮短了電動(dòng)機(jī)的使用年限,甚至在嚴(yán)重過(guò)載時(shí),因電動(dòng)機(jī)的電流突增,很有可能燒壞電動(dòng)機(jī),導(dǎo)致整個(gè)工作面癱瘓。

電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)具有延時(shí)動(dòng)作性能,基于這一特性,可充分利用過(guò)載保護(hù)動(dòng)作延時(shí),采取有效措施,在輸送機(jī)少量過(guò)載且保護(hù)未動(dòng)作停機(jī)前,減少或停止向輸送機(jī)加負(fù)載,使輸送機(jī)平穩(wěn)過(guò)渡到正常運(yùn)行狀態(tài)。這樣可有效避免輸送機(jī)因過(guò)載而導(dǎo)致停機(jī)事故,降低運(yùn)輸事故率,提高生產(chǎn)效率。

1 目標(biāo)及方案研究依據(jù)

1.1 目 標(biāo)

針對(duì)電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)的延時(shí)特性,在電動(dòng)機(jī)工作電流大于電動(dòng)機(jī)額定電流時(shí),設(shè)計(jì)一種輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)的過(guò)載電流預(yù)警裝置。在電動(dòng)機(jī)工作電流大于其額定電流值時(shí),此裝置將采集到過(guò)電流信號(hào);在過(guò)電流值達(dá)到動(dòng)作值但未達(dá)到動(dòng)作時(shí)限時(shí),此裝置將發(fā)出過(guò)電流預(yù)警信號(hào),提醒工作(或操作)人員在過(guò)載延時(shí)段內(nèi),采取有效措施,減少輸送機(jī)的上煤量,降低輸送機(jī)的負(fù)載,使電動(dòng)機(jī)工作電流降到額定電流值以下,減少輸送機(jī)停機(jī)率,避免因過(guò)載保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致的停機(jī)事故,從而實(shí)現(xiàn)不停輸送機(jī)處理電動(dòng)機(jī)過(guò)載的目的,這是一種積極的、超前的預(yù)防措施。

1.2 方案研究依據(jù)

電流通過(guò)電氣設(shè)備時(shí),把電能轉(zhuǎn)換成了其它形式的能量,這種能量的轉(zhuǎn)換以三種基本形式表現(xiàn)出來(lái),分別是電流的熱效應(yīng)、電流的磁效應(yīng)和電流的化學(xué)效應(yīng)。此方案的研究與電流的熱效應(yīng)有關(guān)。電流的熱效應(yīng)根據(jù)焦耳-楞次定律,其計(jì)算公式為:Q=0.24I2Rt(卡)。由公式可知,在不考慮溫高影響的前提下,電動(dòng)機(jī)繞組的電阻R為定值,電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量Q與通過(guò)其繞組的電流平方I2和電流通過(guò)繞組的時(shí)間t的乘積成正比。當(dāng)電動(dòng)機(jī)熱量Q達(dá)到某個(gè)定值時(shí),通過(guò)其繞組的電流平方I2和其通過(guò)的時(shí)間t成反比。由此可見(jiàn),通過(guò)電動(dòng)機(jī)繞組的電流越大,需要的時(shí)間越短。為了避免電動(dòng)機(jī)過(guò)熱損壞,輸送機(jī)控制開(kāi)關(guān)過(guò)載保護(hù)的過(guò)電流值與動(dòng)作時(shí)間之間的關(guān)系如表1所示。電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)按表1進(jìn)行整定。

表1 過(guò)負(fù)荷保護(hù)特性

由表1可知,電動(dòng)機(jī)工作電流是額定電流的1倍時(shí),過(guò)載保護(hù)長(zhǎng)期不動(dòng)作;電動(dòng)機(jī)工作電流是額定電流的1.2倍時(shí),延時(shí)5～20 min過(guò)載保護(hù)動(dòng)作;電動(dòng)機(jī)工作電流是額定電流的1.5倍時(shí),延時(shí)1～3 min過(guò)載保護(hù)動(dòng)作;電動(dòng)機(jī)工作電流是額定電流的6倍時(shí),延時(shí)8～16 s過(guò)載保護(hù)動(dòng)作。所以,可以在電動(dòng)機(jī)工作電流是額定電流的1.2倍或1.5倍時(shí),由過(guò)電流預(yù)警裝置發(fā)出聲光警示信號(hào),提示工作人員聯(lián)系上一級(jí)輸送機(jī)或給煤機(jī)操作人員,及時(shí)減少輸送機(jī)的上煤量或停止上煤,降低輸送機(jī)的負(fù)荷量,避免過(guò)載保護(hù)動(dòng)作造成輸送機(jī)停機(jī)。

2 方案確定及工作原理

2.1 方案確定

輸送機(jī)智能過(guò)電流預(yù)警裝置主要包括:電流互感器、PLC可編程控制器、繼電器和聲光警報(bào)裝置,如圖1所示。

圖1 智能過(guò)電流預(yù)警裝置原理圖

輸送機(jī)智能過(guò)電流預(yù)警裝置接線情況:A、B、C三相的電流互感器與輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的供電線連接;電流互感器二次繞組一端作星形連接;星點(diǎn)與PLC的GND端口連接;二次繞組的另一端與PLC的模擬量輸入端口La、Lb和Lc連接;電源AC220 V與PLC的L1端口和N端口連接;3個(gè)繼電器線圈1J、2J、3J的一端分別與PLC的模擬量輸出端口1.2、1.3和1.4連接,另一端與PLC的L+端口連接。

聲光警報(bào)裝置包括光警報(bào)裝置和聲音警報(bào)裝置。光警報(bào)裝置包括警示燈L1、L2和L3;聲音警報(bào)裝置包括第一警報(bào)裝置S1和第二警報(bào)裝置S2.警示燈L1、L2和L3分別為綠黃紅三色燈,分別與3個(gè)繼電器的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)1J-1、2J-1、3J-1串聯(lián)連接;第一警報(bào)裝置S1與警示燈L2并聯(lián)連接,第二警報(bào)裝置S2與警示燈L3并聯(lián)連接,聲光警報(bào)裝置電源由AC220 V提供。

2.2 聲光預(yù)警裝置的工作原理

先將預(yù)設(shè)的電流值(一般為輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)的額定電流,通過(guò)互感器變比換算的電流值)儲(chǔ)存在PLC的存儲(chǔ)裝置里。當(dāng)輸送機(jī)啟動(dòng)后,電流互感器LHa、LHb和LHc的電流值通過(guò)PLC的模擬輸入端口La、Lb和Lc進(jìn)入PLC,并與預(yù)設(shè)儲(chǔ)存的電流值進(jìn)行比較,當(dāng)3個(gè)模擬量輸入端口接收到的最大電流值超過(guò)額定電流值一定位數(shù)時(shí),聲光預(yù)警裝置就會(huì)發(fā)出聲光警報(bào)。警報(bào)分為3個(gè)層次:第一層次,警示燈L1亮,發(fā)出綠色光警報(bào);第二層次,警示燈L2亮,發(fā)出黃色光警報(bào),同時(shí)第一聲音警報(bào)S1發(fā)出預(yù)警;第三層次,警示燈L3亮,發(fā)出紅色光警報(bào),同時(shí)第二聲音警報(bào)S2發(fā)出預(yù)警。

預(yù)警第一層次。當(dāng)PLC通過(guò)模擬量輸入端口La、Lb和Lc實(shí)時(shí)接收到電流互感器的電流值,與預(yù)設(shè)的電流定值進(jìn)行比較,電流最大值大于電動(dòng)機(jī)額定電流且小于額定電流的1.2倍時(shí),過(guò)載保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間大于20 min.此時(shí),PLC通過(guò)模擬量輸出端口1.2輸出信號(hào),與模擬量輸出端口1.2連接的繼電器線圈1J得電吸合,帶動(dòng)常開(kāi)觸點(diǎn)1J-1閉合,使警示燈L1通電發(fā)出綠色光警報(bào)。此時(shí)工作人員要注意觀察輸送機(jī)上的載煤情況。如載煤量在減少,可不做任何處理;如載煤量不再增加,就需做好減少輸送機(jī)上煤量的準(zhǔn)備,便于提前控制輸送機(jī)的負(fù)載增加。

預(yù)警第二層次。當(dāng)PLC模擬量3個(gè)輸入端口接收到的最大電流值在電動(dòng)機(jī)額定電流的1.2～1.5倍之間時(shí),根據(jù)表1可知,電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為5～20 min.此時(shí),PLC通過(guò)模擬量輸出端口1.3輸出信號(hào),與模擬量輸出端口1.3連接的繼電器線圈2J得電吸合,帶動(dòng)常開(kāi)觸點(diǎn)2J-1閉合,使警示燈L2通電發(fā)出黃色光警報(bào)。同時(shí),聲音警報(bào)的第一警報(bào)裝置S1通電,發(fā)出聲音警報(bào)。工作人員可觀察1～2 min輸送機(jī)的載煤量變化情況,再做相應(yīng)的處理。

預(yù)警第三層次。當(dāng)PLC模擬量3個(gè)輸入端口接收到的最大電流值在電動(dòng)機(jī)額定電流的1.5～6倍之間時(shí),根據(jù)表1可知,電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為1～3 min.此時(shí),PLC通過(guò)模擬量輸出端口1.4輸出信號(hào),與模擬量輸出端口1.4連接的繼電器線圈3J得電吸合,帶動(dòng)常開(kāi)觸點(diǎn)3J-1閉合,使警示燈L3通電發(fā)出紅色光警報(bào)。同時(shí),聲音警報(bào)的第二警報(bào)裝置S2通電,發(fā)出聲音警報(bào)。此時(shí),工作人員應(yīng)及時(shí)處理,采取有效措施減少輸送機(jī)的上煤量或停止向輸送機(jī)上煤。

3 結(jié) 語(yǔ)

輸送機(jī)智能過(guò)電流預(yù)警裝置利用了過(guò)載保護(hù)動(dòng)作的兩個(gè)必要條件:①輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)工作電流超過(guò)額定電流的一定倍數(shù);②在額定電流不同倍數(shù)時(shí)保護(hù)動(dòng)作的不同延時(shí)時(shí)間。PLC接收到電流互感器電流值并與預(yù)設(shè)電流值進(jìn)行對(duì)比,在過(guò)載保護(hù)延時(shí)且未動(dòng)作時(shí),發(fā)出不同的聲光警報(bào),提示工作人員在保護(hù)延時(shí)的時(shí)間內(nèi)采取有效措施,減少輸送機(jī)的載荷,使電動(dòng)機(jī)工作電流降至額定電流值內(nèi)。這樣,既能保護(hù)電動(dòng)機(jī),又能避免過(guò)載保護(hù)動(dòng)作使輸送機(jī)停機(jī),大大減少過(guò)載造成的停機(jī)事故,提高開(kāi)機(jī)率。

輸送機(jī)智能過(guò)電流預(yù)警裝置雖然在輸送機(jī)過(guò)載時(shí)有效地調(diào)節(jié)了上煤量,但是需通過(guò)人工實(shí)現(xiàn)。由于受人工條件的制約,調(diào)節(jié)上煤量的精準(zhǔn)度不易把握。所以,還可通過(guò)進(jìn)一步研究過(guò)電流預(yù)警實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)過(guò)載時(shí)自動(dòng)控制上煤量,也可利用煤礦井下現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)、PLC可編程控制器、智能模塊、智能處理器等來(lái)實(shí)現(xiàn)。總之,實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)輸送機(jī)過(guò)載時(shí)的上煤量有很好的應(yīng)用前景。