黨小煒　李超　李鵬云

摘 要 近些年來(lái)，我國(guó)煤礦井下透水事故時(shí)有發(fā)生，這些事故不但直接威脅著煤礦工人的生命安全，而且還會(huì)危害煤礦的建設(shè)和生產(chǎn)。所以煤礦井下水害是影響煤礦安全生產(chǎn)的重大問(wèn)題之一，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局、省煤礦安全監(jiān)察局等部門對(duì)此高度重視，因此必須下決心有效地遏制煤礦透水事故的發(fā)生，并建立抗災(zāi)強(qiáng)排系統(tǒng)，在透水事故發(fā)生時(shí)，強(qiáng)行排水。為保證抗災(zāi)強(qiáng)排系統(tǒng)在透水事故發(fā)生時(shí)能可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，抗災(zāi)強(qiáng)排系統(tǒng)的電控系統(tǒng)的可靠性也顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞 抗災(zāi)潛水泵；電控系統(tǒng)；高壓干式調(diào)壓軟啟動(dòng)柜

中圖分類號(hào)：X752 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）14-0071-02

礦井透水事故是危害面最大、影響生產(chǎn)時(shí)間最長(zhǎng)的礦難事故。因此按照國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒布2009年12月1日起施行的《煤礦防治水規(guī)定》第一百一十八條規(guī)定：受水威脅嚴(yán)重的礦井，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)井下泵房無(wú)人值守和地面遠(yuǎn)程監(jiān)控，推廣使用地面操控的潛水泵排水系統(tǒng)；《煤礦安全規(guī)程》（2011版）第二百七十三條之規(guī)定，水文地質(zhì)條件復(fù)雜或有突水淹井危險(xiǎn)的礦井，應(yīng)當(dāng)在井底車場(chǎng)周圍設(shè)置防水閘門或在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上另外安設(shè)具有獨(dú)立供電系統(tǒng)且排水能力不小于最大涌水量的潛水泵。

1 潛水泵配電系統(tǒng)

下面就本人近期設(shè)計(jì)的兩個(gè)大型礦井的井下潛水泵配電系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)論述。

1.1 文家坡礦井及選煤廠井下強(qiáng)排潛水泵配電系統(tǒng)

1）設(shè)備概況。礦井強(qiáng)排系統(tǒng)選用2臺(tái)BQ1100-850/10-4000/W-S型礦用隔爆型潛水泵，2臺(tái)同時(shí)工作。每臺(tái)水泵配套隔爆電動(dòng)機(jī)功率4000 kW，電壓10 kV，同步轉(zhuǎn)速1500 r/min。

2）配電系統(tǒng)。強(qiáng)排設(shè)備用電負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)，所以配電系統(tǒng)采用雙回路電源供電。由于潛水泵配套電動(dòng)機(jī)功率較大，若采用直接啟動(dòng)對(duì)上級(jí)電源沖擊太大，所以考慮選用兩臺(tái)高壓干式調(diào)壓軟啟動(dòng)解決潛水泵啟動(dòng)問(wèn)題。

強(qiáng)排潛水泵配電室設(shè)在本礦井風(fēng)井場(chǎng)地排矸立井井口附近，強(qiáng)排潛水泵配電室內(nèi)安裝10臺(tái)KYN28A-12型高壓開(kāi)關(guān)柜（2臺(tái)進(jìn)線柜，2臺(tái)PT柜，1臺(tái)隔離柜，1臺(tái)聯(lián)絡(luò)柜，2臺(tái)所用變柜，2臺(tái)高壓干式調(diào)壓軟啟動(dòng)柜），2臺(tái)所用變柜為強(qiáng)排潛水泵配電室內(nèi)控制設(shè)備提供AC380V低壓電源，2臺(tái)高壓干式調(diào)壓軟啟動(dòng)柜直接向強(qiáng)排潛水泵供電。高壓配電系統(tǒng)采用單母線分段結(jié)線形式。

強(qiáng)排潛水泵配電室雙回路10 kV電源進(jìn)線均選用2×（YJV22-8.7/10kV 3×120 mm2）的電纜引自風(fēng)井場(chǎng)地35 kV變電站10 kV不同母線段，由強(qiáng)排潛水泵配電室至強(qiáng)排潛水泵的電纜選用MYJV42-8.7/10kV 3×150 mm2，沿排矸立井井筒及井下巷道敷設(shè)至井下強(qiáng)排潛水泵（供電距離小于2 km）。

本配電系統(tǒng)選用的高壓干式調(diào)壓軟啟動(dòng)柜可與KYN28A-12型高壓開(kāi)關(guān)柜共母排并柜布置，采用一體化高壓干式調(diào)壓軟起動(dòng)裝置（非水電阻、磁控、磁閥、電磁調(diào)壓、可控硅（晶閘管），即高壓開(kāi)關(guān)柜、運(yùn)行旁路柜、軟起動(dòng)柜三柜合一。三柜合一設(shè)計(jì)方案減少了配電系統(tǒng)的級(jí)數(shù)，能有效提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

高壓干式調(diào)壓軟啟動(dòng)柜具備以下基本性能，為大容量強(qiáng)排潛水泵的啟動(dòng)、運(yùn)行提供了強(qiáng)有力地支持：采用干式調(diào)壓裝置，通過(guò)設(shè)定起動(dòng)電流大小改變阻抗值，使阻抗值無(wú)級(jí)、平滑減小，電動(dòng)機(jī)端電壓均勻提高；具備起動(dòng)最大電流可預(yù)置，起動(dòng)電流可控；重復(fù)性：初始阻抗穩(wěn)定，保證多次起動(dòng)性能的穩(wěn)定性和可重復(fù)性；調(diào)整性：起動(dòng)時(shí)間、起動(dòng)電流、阻抗值等參數(shù)可根據(jù)工況現(xiàn)場(chǎng)及負(fù)載情況調(diào)整；控制性：阻抗值可按最佳轉(zhuǎn)矩、最小起動(dòng)電流改變，起動(dòng)過(guò)程完全受控，同時(shí)電網(wǎng)起動(dòng)壓降也得到有效控制；起動(dòng)過(guò)程平滑，有必要的手段確保起動(dòng)一次成功并且起動(dòng)運(yùn)行切換二次無(wú)沖擊，不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載變動(dòng)影響；電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，干式調(diào)壓軟起動(dòng)裝置能夠自動(dòng)投入；起動(dòng)完畢后，起動(dòng)裝置能夠自動(dòng)退出。

1.2 龍王溝礦井及選煤廠井下強(qiáng)排潛水泵配電系統(tǒng)

1）設(shè)備概況。礦井強(qiáng)排系統(tǒng)選用2臺(tái)BQ550-650/17-1600/W-S型礦用隔爆型潛水泵，2臺(tái)同時(shí)工作。每臺(tái)水泵配套隔爆電動(dòng)機(jī)功率1600 kW，電壓10 kV。

2）配電系統(tǒng)。強(qiáng)排設(shè)備用電負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)，所以配電系統(tǒng)采用雙回路電源供電。由于潛水泵配套電動(dòng)機(jī)功率不大，且本礦井上級(jí)電源容量大，所以本礦井強(qiáng)排潛水泵采用直接起動(dòng)。

強(qiáng)排潛水泵配電室設(shè)在本礦井工業(yè)場(chǎng)地主斜井井口，與主斜井驅(qū)動(dòng)機(jī)房配電室聯(lián)建，強(qiáng)排潛水泵配電室內(nèi)安裝6臺(tái)KYN28A-12型高壓開(kāi)關(guān)柜（2臺(tái)進(jìn)線柜，1臺(tái)PT柜，1臺(tái)所用變柜，2臺(tái)電動(dòng)機(jī)饋線柜），1臺(tái)所用變柜為強(qiáng)排潛水泵配電室內(nèi)控制設(shè)備提供AC380V低壓電源，2臺(tái)電動(dòng)機(jī)饋線柜直接向強(qiáng)排潛水泵供電。高壓配電系統(tǒng)采用雙電源進(jìn)線閉鎖單母線不分段結(jié)線形式。

強(qiáng)排潛水泵配電室雙回路10 kV電源進(jìn)線均選用YJV22-8.7/10kV 3×120 mm2的電纜引自主井場(chǎng)地110 kV變電站10 kV不同母線段，另一回路AC380V備用電源引自主斜井驅(qū)動(dòng)機(jī)房配電室AC380V低壓母線。由強(qiáng)排潛水泵配電室至強(qiáng)排潛水泵的電纜選用MYJV22-8.7/10kV 3×120 mm2，沿主斜井井筒及井下巷道敷設(shè)至井下強(qiáng)排潛水泵（供電距離小于1 km）。

1.3 配電系統(tǒng)總結(jié)

電源必須符合一級(jí)負(fù)荷的供電要求（高低壓電源均為雙回路）。潛水電泵可以全壓（直接）起動(dòng)，也可降壓起動(dòng)。原則上，在全壓起動(dòng)條件滿足時(shí)，要采用全壓起動(dòng)，因?yàn)槿珘浩饎?dòng)是最簡(jiǎn)單、最可靠、最經(jīng)濟(jì)的起動(dòng)方式。但全壓起動(dòng)起動(dòng)電流大，在配電母線上引起的電壓下降大。

當(dāng)全壓起動(dòng)條件不滿足時(shí)，可考慮采用降壓起動(dòng)方式。降壓起動(dòng)的方式有：電抗器降壓起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)、軟起動(dòng)（可控硅固態(tài)軟起動(dòng)、水電阻軟起動(dòng)）、星三角降壓起動(dòng)。目前多采用固態(tài)軟起動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是可提供平滑無(wú)極的加速和可控制的減速，起動(dòng)時(shí)避免過(guò)沖，停車時(shí)避免水錘現(xiàn)象。endprint

2 潛水泵控制系統(tǒng)

文家坡礦井及龍王溝礦井的強(qiáng)排潛水泵控制系統(tǒng)均選用自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)在線檢測(cè)、數(shù)據(jù)庫(kù)及專家智能軟件等先進(jìn)技術(shù)組成三級(jí)或四級(jí)分布式自動(dòng)化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件使用智能控制軟件平臺(tái)，配套使用潛水泵專用綜合保護(hù)儀HD-200KS，配合視頻電視監(jiān)控系統(tǒng)，使泵站運(yùn)行做到“無(wú)人值班、少人值守”，更進(jìn)一步保證了水泵的可靠性、安全性，優(yōu)化水泵運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、儀三位一體。實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井泵站運(yùn)行過(guò)程自動(dòng)優(yōu)化控制、安全聯(lián)鎖保護(hù)和綜合信息管理。

控制系統(tǒng)共設(shè)2臺(tái)操作站計(jì)算機(jī)，互為冗余配置，放置在井上控制室；高壓開(kāi)關(guān)柜、控制主機(jī)放在地面配電室。控制主機(jī)1套，完成電機(jī)溫度、流量、壓力、水位、電流等各參數(shù)的檢測(cè)及潛水泵啟?？刂?。

水位傳感器、壓力傳感器等安裝在井下。控制主機(jī)包括PLC、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、串口服務(wù)器等，除完成水泵的控制和參數(shù)采集功能外，還可以實(shí)現(xiàn)與HD-200KS潛水泵保護(hù)儀、高壓開(kāi)關(guān)綜保等設(shè)備的通訊。

在水倉(cāng)設(shè)投入式液位計(jì)3只，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位；潛水泵出口設(shè)壓力變送器1只，監(jiān)測(cè)出水口壓力，在井上出水水管上設(shè)流量計(jì)1只，測(cè)量排水流量。

控制方式可分為：遠(yuǎn)程自動(dòng)、手動(dòng)、就地集中控制方式。

遠(yuǎn)程自動(dòng)：在上位機(jī)上選擇此方式，水泵根據(jù)液位自動(dòng)啟動(dòng)，即恒液位控制。

遠(yuǎn)程手動(dòng)：在上位機(jī)上選擇此方式，鼠標(biāo)選擇相應(yīng)水泵-點(diǎn)擊啟動(dòng)-再確認(rèn)。

就地集中：在高壓柜上選擇此方式，按下相應(yīng)水泵啟、停按鈕，一鍵式完成水泵開(kāi)、停。

3 設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的其他問(wèn)題

1）影響電動(dòng)機(jī)起動(dòng)有線路壓降、配電母線壓降、電動(dòng)機(jī)端子壓降等幾個(gè)因素。這里對(duì)壓降計(jì)算不在贅述。

《GB/T 12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差》中規(guī)定：35 kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過(guò)額定電壓的10%；20 kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7%；220 V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的+7%、-10%。

《GB 50055-2011 通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端子電壓應(yīng)能保證機(jī)械要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中引起的電壓波動(dòng)不應(yīng)妨礙其他用電設(shè)備的工作。

2）控制信號(hào)的傳輸。對(duì)于控制信號(hào)能否在長(zhǎng)的距離工況下穩(wěn)定工作，一直困擾著設(shè)計(jì)人員，于是針對(duì)長(zhǎng)距離（1-2 km）信號(hào)傳輸做了一系列試驗(yàn)。

①長(zhǎng)距離PT100溫度傳感器信號(hào)衰減試驗(yàn)結(jié)論：三線制傳輸?shù)男盘?hào)與實(shí)際的溫度差值恒定，利用軟件可消除誤差；四線制傳輸?shù)男盘?hào)衰減很小。

②長(zhǎng)距離接近開(kāi)關(guān)信號(hào)衰減試驗(yàn)（加直流24 V電源）結(jié)論：信號(hào)衰減不大，能夠驅(qū)動(dòng)中間繼電器，并使PLC能夠得到反饋信號(hào)。

以上試驗(yàn)證明，2 km以內(nèi)潛水泵相關(guān)控制及監(jiān)測(cè)信號(hào)的傳輸可滿足地面自動(dòng)控制的要求。若超過(guò)2 km的信號(hào)傳輸，沒(méi)有相應(yīng)的試驗(yàn)或應(yīng)用實(shí)例，可在保證安全的前提下，建議在上部水平電控室內(nèi)加隔爆PLC分站的方式進(jìn)行信號(hào)傳輸。

4 結(jié)論

在礦井發(fā)生透水事故時(shí)，強(qiáng)排潛水泵能大大提高井下工人的逃生幾率，因此選擇高可靠性的配電系統(tǒng)及技術(shù)先進(jìn)的控制系統(tǒng)以保證強(qiáng)排潛水泵的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)是非常必要的。

參考文獻(xiàn)

[1]孫林艷.煤礦應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)配電及控制設(shè)計(jì)體會(huì)[J].城市建設(shè)理論研究，2012（13）.endprint