矿用隔爆兼本安型多回路真空电磁启动器控制保护系统的应用研究

付雨露

淮北矿业集团 安徽省 淮北市 235000

摘 要：矿用隔爆兼本安型多回路真空电磁启动器(简称组合开关)作为煤矿井下综采及双高工作面各种设备的启动开关，漏电闭锁性能良好, 可选多种设备控制方式,保护与控制系统采用EMC兼容的IPC控制系统,可实时显示整个供电线路的状态,并完成漏电、过载、短路、缺相、瓦斯闭锁等保护功能，适合于煤矿井下含有甲烷与煤尘混合物的爆炸性气体环境中。

关 键 词：多回路真空电磁启动器 短路保护 漏电闭锁 参数设置 控制方式选择 控制系统

1 设备概述

矿用隔爆兼本安型多回路真空电磁启动器(简称组合开关)作为煤矿井下综采及双高工作面各种设备的启动开关能够将采煤机、刮板机、转载破碎机和皮带机等综采工作面设备集中组合控制。在煤矿巷道有限空间内使用和电气设备管理方面有着很大的优势。

1.1 设备使用条件

1.1.1 使用交流电频率50Hz，电压至3300V，总电流至1800A。

1.1.2 海拔高度不超过2000米；环境温度为-5℃～+40℃；空气相对湿度不大于95%（25℃）；无强烈颠簸振动，与垂直面倾角不超过15°；含有爆炸性危险的甲烷，煤尘的空气中，但无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体和蒸气。

1.2 防爆型式及标志

矿用隔爆兼本质安全型“d”,防爆标志Exd[ib]I。

1.3 主回路引入、引出装置

三路输入 四路输出，全部采用3.3KV高压电缆连接器，可穿入不大于Φ78mm的橡套电缆。

2 组合开关的保护类型及参数

2.1 过载保护

表1 过载保护

过电流/额定电流	动作时间	复位方式	复位时间 (min)	执行单元
1.05	2h不动作	自动	1r<3	IPC
1.2	<20min	自动	1r<3	IPC
1.5	<3min	自动	1r<3	IPC
6	返回时间≥5s	自动	1r<3	IPC

2.2 短路保护

组合开关中的任意一动力支路出现短路电流时，该支路会保护跳闸，复位方式：通过屏幕操作复位。

2.3 断相保护

表2 断相保护

过电流/额定电流		动作时间	复位方式	复位时间 (min)	执行单元
任意 两相	第三相
1.0	0.9	>2h			IPC
≥1.15	0	＜1min			IPC

2.4 漏电闭锁

表3 漏电闭锁

主电路额定电压	单相漏电闭锁	动作
3300V	100	+20%

组合开关中保护参数可以通过显示屏对控制程序中的参数进行设置来完成。

2.5 组合开关基本参数设定

组合开关正常运行之前需要设定一些控制性能的参数信息，这些设定需在自动化系统中设定，下面将逐步介绍（双速电机为例）。

下图为电机参数设定页面设定电机参数: 设定高低速电机参数或改变高低速之间的参数，需在设定画面中单击低速或高速来设定。

点击显示IPC的过载保护倍数

密码与参数设定数字板

保存按钮

实时和最高绝缘阻值的显示

缺相

关闭

按钮

A相、B相、C相，三相电流值的显示

激活三相电流值的显示

图2 (参数设定界面)

设定电机参数前必须确保所有的隔离换相开关断开。必须输入允许设定或改变参数的密码，在数字板上键入密码并点击保存，密码被IPC验证后出现以下页面有额定电流与功率因数设定按钮，按以下步骤操作：

单击额定电流按钮

在数字板上输入电流值

-------

点击保存按钮

单击功率因数按钮

在数字板上输入功率因数值

点击保存按钮

图3 (参数设定界面)

（1）额定电流

单击额定电流按钮 (出现一条绿色激活线)，用数字板键入电流值 (如65(A))，点击数字板上保存键，点击保存键后将出现一条绿色激活线，然后键入的电流值将输入IPC并在可视化屏幕上显示。如果一切正常绿色激活线将消失。现在设定的电机M111的额定电流参数显示在屏幕上。

（2）功率因数

单击额定功率因数按钮，在数字板上键入功率因数值 (如 0.86)，按下保存键现在屏幕上将显示电机M111的额定功率因数。设定单速电机参数方法与上述步骤相同。

（3）电压报警值

必须首先返回主菜单页面选择3.3kV电压设定选项。然

延时

设定

后将显示以下页面：

按钮激活线

图4 (参数设定界面)

电压设定页面中所涉及电压值在出厂前已经设定好，也可以根据需要改变设定，但是欠压值(断电值) 必须高于2310.0 V 并且过压值低于3960.0 V。如果设定值过高或过低系统将不会接受。

如想改变设定值，点击图4中的数字按钮，选择想要更改的数值，键入完新数值后点击保存。如果一切正常，新数值将显示在屏幕上。如有报警将在主界面显示。显示报警值将在主界面上3.3kV电压显示背后以闪动信号出现。

（4）断电值

如发生断电，主界面将出现一条闪动红线，此时必须手动复位。用鼠标点击断电激活线，将显示3.3kV报警电压设定页面。此时输入密码可复位断电故障。点击断电复位按钮，键入密码并保存。

2.6 控制方式的选择

在主界面中选择控制方式,然后将显示以下画面：

图5 (控制界面)

2.6.1 远端控制表示对各支路进行单独控制；双速M111/M211表示同时上低速，然后同时切换高速。

2.6.2 双速单回路表示根据各自设定的参数先上低速，然后根据各自设定的参数再切换到高速。

2.6.3 单速M111、双速M211:表示M111为两个单速电机，M211为一个双速电机。

2.6.4 单速M211、双速M111:表示M211为两个单速电机，M111为一个双速电机。

3 故障诊断与排除

在主菜单中选择故障记录，进入故障记录界面，如下图所示：

图6 (故障界面)

3.1 采煤机闭锁

图7 (采煤机闭锁)

当组合开关没有接设备或设备（例如采煤机）出现闭锁故障时，将导致分闸。

3.2 瓦斯闭锁

图8 (瓦斯闭锁)

当起动器接受到外部瓦斯闭锁信号时（信号为开），组合开关将处于闭锁状态并显示如图警示信息。

3.3 常见故障处理

图9 (故障界面)

3.3.1 漏电闭锁故障

更换漏电闭锁模块；更换模块后若仍然存在，检查输出侧电缆和电机的绝缘。

3.3.2 过载故障

（1）该故障在1—3分钟内自动复位，如该故障长时间存在则更换电流模块。

（2）鼠标操作进入电机参数设置界面，将过载倍数设置为1.5倍。

3.3.3 电机温升故障

检查电机负载，然后应该等电机冷却后再开机。

3.3.4 短路故障

出现该故障后，手动复位，然后合闸。如果不能复位，或者复位合闸后，该故障还存在，则应更换电流模块。更换过流模块后若仍然存在，检查线路。

3.3.5 缺相故障

检查三相电是否缺失，检查电流模块的电缆连接。

3.3.6 接触器故障

开关重新送电。如果该故障依然存在，则应检查故障支路接触器是否出现触头粘连或是辅助触点有障，更换接触器。

3.3.7 电压故障

（1）过压或者欠压

处理：点击进入“电压设定菜单”，复位，如果仍存在，则检查输入侧电压情况

（2）电压显示为0或者很小的值

检查220V熔断器，如果烧损，更换熔断器。

更换后如果仍然存在，更换AC.220V/DC.24V开关电源。如果仍然存在，则更换电流信号变送器

4 结论

综上，组合开关具有强大的保护系统，通过事先科学的参数设定，可满足井下综采面不同设备的个性化集中控制，可实现对整个供电线路的状态和设备的检测和保护，具备漏电、过载、短路、缺相、瓦斯闭锁等保护功能，可以为煤矿的高产高效提供有力的支持。

参 考 文 献

顾永辉. 煤矿电工手册. 北京: 煤炭工业出版社, 2019.

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.爆炸性环境用电气设备GB3836-2010. 北京: 中国标准出版社, 2010.