矿用智能型双回路馈电开关的设计和应用

电气防爆2014年9月 第3期 能。 矿用智能型双回路馈电开关的设计和应用 张浩，彭小强，程云华，许崇果 (南阳防爆集团上海安智电气发展有限公司，上海201615) 关键词变频；馈电开关；双回路；一体化 摘要介绍了一种煤矿井下用智能型双回路馈电开关的结构设计、电气原理和主要功 中图分类号献标识码A文章编号10049118(2014)03000404 unu o，01615) a of of 0嘴 吾 ：篇 本文介绍一种双回路馈电开关，是矿井下矿 统，具有参数设定、风电闭锁、电闭锁、智能排瓦斯 用变频一体化矿用局部通风机的专用馈电开关， 功能。 桊-米 元的企业为南阳防爆集团股份有限公司、佳木斯 电机股份有限公司、宁夏西北骏马电机制造有限 公司、江苏大中电机股份有限公司、山东华力电机 集团股份有限公司、上海品星防爆电机有限公司、 无锡华达电机有限公司、大连电机集团有限公司 和泰州华源电机有限公司。 5 行业活动 防爆电机行业作为生产特种安全电工产品的 行业，开展诚信体系建设，规范行业秩序，显得尤 为重要和迫切。按照中国电器工业协会关于进 一步推进电器工业行业信用评价工作的通知要 求，分会秘书处积极组织开展了此项工作。在行 业厂广泛宣传，并对南阳防爆集团股份有限公司 和宁夏西北骏马电机制造有限公司两家企业进行 了信用评价复评审，对上海品星防爆电机有限公 司进行了信用评价初评审，均取得证书。 收稿日期20140715 作者简介张浩，男，1976年出生，毕业于合肥工业大学电气自动化专业，工程师，主要从事防爆电气和自动化产品设计工作。 4 研究与设计 矿用智能型双回路馈电开关的设计和应用 1 设计方案 采用一台专用的双回路馈电开关解决一 用一备2台一体化矿用局部通风机 的供电，实 现2台一体化变频局部通风机的双电源供电，实 现两台矿用局部通风机风机之间的有条件切换及 并联运行，提高矿用局部通风机风机不间断运行 的可靠性、安全性。 双回路馈电开关采用两个完全独立的主回 路，利用真空断路器分别控制两台变频一体化矿 用局部通风机的通断，辅以阻容吸收装置实现断 路器的操作过电压保护功能。 双回路馈电开关逻辑控制单元采用双电源自 动切换装置，以备当主电源出现异常时的无扰切 换，系统可靠性要高。 新型馈电开关为配电系统的分开关，采用 备过载、短路、漏电、过压、 欠压、三相不平衡等馈电保护功能。 新型馈电开关采用进行 近、远程操作，接受矿方监测站的监测参数，实现 对局部通风机联锁、智能操控。 2 结构设计 (1)整体结构仍然采用传统馈电开关基本结 构_3 J：隔爆外壳呈直立式、方形外壳，单柜体快开 门结构，安装在撬形底座上。 隔爆外壳 分为上、下两个空腔即接线腔与 主腔。接线腔在主腔的上方，两侧面方向为主回 路电缆的进出线喇叭口，作为电源进线和电机出 线引入装置。 主腔由主腔壳体与前门组装而成。开关前门 关闭时，前门与壳体由上下扣块与左右齿条扣住。 开关前门打开时，前门支承在壳体左侧的铰链上。 主腔内设有抽屉式芯架，便于安装维修。 (2)双回路馈电开关具有可靠的机械联锁： 主腔右侧面装有两个转换开关，与柜门形成机械 联锁，即必须在柜门完全闭合时，才能送电操作， 否则，不能送电。 (3)馈电开关门板上设有1#合闸、1#分闸、 2#合闸、2#分闸、1#急停、2#急停、1#启动停止、2# 启动停止和备用按钮，一个控制模式选择开关， 可以选择就地、远程和自动控制模式。 (4)馈电开关柜门面板上设有显示器观察 窗，可以观察到设备的运行情况，也可以通过上 翻、下翻和确认(复位)按钮，对采集到的所有参 数进行设置和查看。 煤矿井下局部通风机专用智能双回路馈电开 关，防爆型式为隔爆型。结构如图1所示。 1主腔2双回路转换开关3抽屉式芯架4智能显示窗5下沉式防护按钮6撬型底座 图1馈电开关结构图 一5一 电气防爆2014年9月 第3期 3 工作原理 基于煤矿专用为双回路开关的控制核心，对电源回 路进行检测和保护，监测和控制两个回路的智能 切换、保护、运行。通过以太网通讯模块 (以与煤矿监测站进行联网 j。 设计中两个回路中的控制电源通过双回路电 源切换模块进行切换输出，保证只要有一个回路 控 制 原 理 间 右 ： 通电，就能使得电源控制电路正常工作。 两个回路的断路器开关通过合闸控制模块、 分闸控制模块、失压脱扣模块完成开关的合、分 闸；同时，信号采集电路采集相应回路负载端的电 流、电压信号，实时监测负载端状态；两个回路所 需的控制信号、状态信号均通过，经中央处理器进行逻辑运算控制输出端控制 负载的运行。 电气原理图见图2。 。 肆 陀 ：=撬 l ： = I ： =檄 l ： U -=， ： 卦 茎 ， 。l 0- 一l 立黼l r一 r 一 ；荔。 2矿用智能型双回路馈电开关电气原理图 4 功能实现 通过网络通信，遵循 用485232口与上位机组成网络，可以实现遥测、 遥控及遥调操作 。 (1)控制功能 。操作方式为电动合、分闸； 手动分闸。 在启动设备时，把位于馈电开关右侧的转换 开关闭合，系统进行白检，若无故障报警，可按下 合闸按钮，断路器合闸线圈得电，主触点闭合；断 路器及时投入运行。断路器的合闸状态反馈到 时按下对 应回路的启动按钮，启动设备，送电至变频矿用局 部通风机。 馈电开关在运行过程中需要停机或发生故障 时，断路器会自动分闸断开电源回路，从而对系统 6 进行保护。系统具有手动脱扣功能，在合闸运行 过程中，机械机构按动手动脱扣能实现手动分闸。 具有就地操作功能：手动操作馈电开关面板按钮， 实现对馈电开关和变频器的操作控制。 (2)保护功能。智能开关具有过载、短路、过 压、失压、漏电保护功能 9 ；智能开关具有断路器 故障检测功能，按下合闸钮后，3 ，显示“系统停车”；或运行中断路器断开，显示 “系统停车”。智能开关具有线圈保护功能，每次 合闸待断路器可靠闭合后，电磁铁吸合线圈断电， 利用机械机构使断路器保持合闸状态。智能开关 的智能系统具有故障自诊断和参数设定功能、过 程参数掉电前状态保持记忆功能。智能系统具有 故障记忆功能，可以连续记忆2 048条故障记录， 通过上翻下翻按钮按顺序查阅。 (3)显示功能。双回路馈电开关配置的显示 研究与设计 矿用智能型双回路馈电开关的设计和应用 器能够显示变频器的电流、频率、故障状态；通过 通讯模块接收和显示监测站提供的瓦斯浓度、温 度、二氧化碳浓度等物理量参数；分闸状态下监测 和显示负荷侧绝缘电阻值；合闸状态下显示网络 绝缘电阻；合闸状态下显示负载率。 (4)遥测、遥调功能。a)变频器一馈电开 关。开关量信号1路：重故障信号。当报故障时，馈电开关断路器跳闸，切断变频器电 源，同时在开关柜屏上显示故障信息。 模拟量信号2路：分别为变频器的电流、频率 的反馈信号(420 同时在馈电开关柜屏上 实时显示。 b)馈电开关一变频器。开关量信号3路：通 过馈电开关上的按钮控制变频器的启动、停止、急 停。 模拟量信号1路：给定变频器的频率值(4 2O 频率给定的大小可通过“升频”、“降 频”按钮来实现。 (5)网络通讯功能。通过协议，读取变频器的运行信息，包括电流、频率、 变频器的故障信号、电机正反转信号、远近程控制 等信号并实时在馈电开关屏上实时显示的功能。 通过网络通信实现远程上位机对馈电开关和变频 器进行操作控制。馈电开关内的接收矿方监测站提供的瓦斯浓度、温度、二氧化碳 浓度等参数，自动按照预先设定的算法对馈电开 关和变频器进行操作控制。 5 结语 通过双电源开关、智能保护模块、触摸屏显示器、通讯模块的联合应用，使得该新型 智能双回路馈电开关具有：体积紧凑、成本较低、 双机并联协调性好、操作电源无扰切换、单柜体系 统设置和操作简单的显著特点。 该新型智能馈电开关运用采集、控制、显示、 传输技术，对矿井下智能局部通风机的智能控制 控制和运行状态进行运行监控和风量调节，达到 了对通风机运行的最佳控制和安全保证，改变传 统的设备运管方式，提高煤矿井下通风设备的自 动化管理水平。 参考文献 171_20用防爆低压交流真空馈电开关 S 222矿用局部通风机技术条件s 38361_201O，爆炸性环境第1部分：设备通用 要求S 483622炸性环境第2部分：由隔爆外 壳d保护的设备S 5王永平现代电气控制及北京： 航空航天大学出版社，2003 68364_2010，爆炸性环境第4部分：由本质安 全型i保护的设备S 7邱公伟可编程控制器网络通信及应用M北京： 清华大学出版社，2000 8中煤科工集团上海研究院检测中心煤矿电气防爆 技术基础M徐州：中国矿业大学出版社，2012 9李鑫，郭凤仪，杨国强，蒙杰成，刘雨刚新型矿用隔 爆馈电开关智能保护器的研