沈權(quán)

摘 要：目前煤礦井下的安全監(jiān)控、無線通訊等各類數(shù)字化礦山系統(tǒng)供電無專用可靠電源，一般借用井下排水、照明等系統(tǒng)電源，無法保證持續(xù)、可靠為數(shù)字化礦山系統(tǒng)供電保障，進(jìn)而造成各類被供電系統(tǒng)不穩(wěn)定，影響煤礦井下安全生產(chǎn)；數(shù)字化礦山各系統(tǒng)后備電池容量有限；煤礦井下的后備電源均存在電池長期浮充的問題，沒有實(shí)現(xiàn)對電池的有效監(jiān)管，影響電池的使用壽命，后期電池維護(hù)成本較高；綜上所述，迫切需要建立一套基于智能化電源技術(shù)的集中供電設(shè)備和系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：雙電源切換；供電保障；電池

0 實(shí)施背景

礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備對監(jiān)控煤礦生產(chǎn)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和控制，是煤礦生產(chǎn)安全運(yùn)行的重要防線，但是現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)監(jiān)控設(shè)備的電源往往都是單路供電，如果供電電源出現(xiàn)故障將直接影響監(jiān)測設(shè)備的正常工作，很多煤礦采用雙套監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，一套作為熱備用，這樣導(dǎo)致成本增加一倍。另外，當(dāng)監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)故障需要維護(hù)時(shí)，若要停電必須在變電所實(shí)現(xiàn)，這樣會(huì)導(dǎo)致大范圍的停電，影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

為了解決上述問題，我們開發(fā)了雙電源自動(dòng)切換系統(tǒng)，該系統(tǒng)有兩路交流電源輸入，一路交流輸出給安全監(jiān)控系統(tǒng)供電，兩路輸入電源分別取自不同的饋電開關(guān)，當(dāng)主電源出現(xiàn)異常時(shí)能夠自動(dòng)切換至輔助電源，為煤礦安全監(jiān)控設(shè)備的電源或者其他設(shè)備供電，保證供電的不間斷。為了方便負(fù)載設(shè)備維護(hù)。雙電源切換系統(tǒng)應(yīng)具有輸出斷開功能。

1 建設(shè)目標(biāo)

本產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是開發(fā)一套集中不間斷供電裝置，該裝置具有AC1140V/AC660V的輸入電壓等級(jí)，輸出AC127V，裝置中后備電池容量可根據(jù)需要靈活擴(kuò)展，電池切換時(shí)間為零，保證負(fù)載設(shè)備的不間斷工作，最大可實(shí)現(xiàn)15度的供電方案，集中供電裝置中應(yīng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的1+1冗余，電池箱單機(jī)的N+1冗余，有效保證裝置的可靠運(yùn)行。

2 目前現(xiàn)狀

國內(nèi)：專用線路供電，從地面往井下敷設(shè)專用電纜，雖然避免了井下采掘供電的影響，但敷設(shè)線路長，線徑較粗，電壓降大，仍然為單回路供電，斷電現(xiàn)象還是不能得到實(shí)質(zhì)性的解決。

國外：一些采煤國家監(jiān)控系統(tǒng)多采用總線式，專用變壓器及專用線路供電，雖然比較穩(wěn)定供電，但工程量大、成本高、改造實(shí)施難度大。

目前國內(nèi)現(xiàn)有雙回路真空饋電開關(guān)采用的是傳統(tǒng)的電氣控制方式，多采用繼電器和真空交流接觸器控制方式，單純的通過硬件來控制電路，接線復(fù)雜，穩(wěn)定性差，設(shè)備故障率高。技術(shù)仍然是傳統(tǒng)模式，維護(hù)不方便，并且設(shè)備沒有手動(dòng)切換和輸出斷開等功能，不能對設(shè)備進(jìn)行自身檢測，維修負(fù)載時(shí)，需斷開主、副回路電源，勢必造成其它負(fù)載的斷電，進(jìn)而影響井下工作的安全，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化礦井的發(fā)展需求。現(xiàn)各系統(tǒng)雖有后備電源，但普遍存在電源容量小，供電時(shí)間短，當(dāng)變電所區(qū)域出現(xiàn)長時(shí)間斷電的情況時(shí)，會(huì)造成各系統(tǒng)無法正常使用。而且各系統(tǒng)使用各自獨(dú)立的電源供電，無法做到高可靠性集中供電與有效監(jiān)測。

3 工作原理

本產(chǎn)品需要具有交流雙電源切換功能的電源箱，同時(shí)具有手動(dòng)切換，顯示功能，可以接入監(jiān)控系統(tǒng)使用。交流輸入AC127V、AC660V、AC1140V經(jīng)過1000W的變壓器實(shí)現(xiàn)AC127V輸出，，為其他交流設(shè)備供電，電源切換裝置可以直接使用工業(yè)產(chǎn)品礦用化。

兩路變壓器的輸出接入到電源切換器，切換器輸出一路接到控制板控制繼電器，實(shí)現(xiàn)雙電源的手動(dòng)切換、斷電輸出等邏輯，為杜絕切換的誤動(dòng)作，防止兩路交流輸出的直接并聯(lián)，繼電器的觸點(diǎn)分別接到電源切換裝置，為防止最終輸出的AC127V的短路意外發(fā)生，AC127V的輸出端接有保護(hù)裝置。

支持本地人員的手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)主、副回路交流供電的切換。同時(shí)具有指示燈顯示功能，防止操作人員的勿操作。

雙電源切換控制箱原理框圖如圖1所示。

變壓器1和變壓器2輸出的AC127V分別經(jīng)過斷路器后接入切換裝置，斷路器為了保護(hù)輸出短路、過載等。切換裝置能夠檢測供電狀態(tài)，并鎖定另一路輸出斷開，保證兩路中只有一路為負(fù)載設(shè)備供電，當(dāng)前供電線路斷電后切換裝置能夠自動(dòng)切換至另一路負(fù)載設(shè)備供電。

4 系統(tǒng)組成以及實(shí)現(xiàn)功能

KDQ1140 礦用隔爆型雙電源切換控制箱是一種新型的、具有自動(dòng)切換功能的雙電源切換裝置。左路輸入交流127V/660V，右路輸入交流1140V/660V，輸出AC127V。設(shè)備正常工作時(shí)，當(dāng)前供電的線路斷電時(shí)會(huì)自動(dòng)切換到另一路供電，從而實(shí)現(xiàn)兩路雙回路電源之間的自動(dòng)切換，也可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩路電源之間切換供電，為負(fù)載提供穩(wěn)定可靠地電源供給。該控制箱的兩路輸入電壓應(yīng)分別取自不同饋電開關(guān)，從而保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性?？刂葡渌媒涣鹘佑|器額定容量遠(yuǎn)大于實(shí)際使用容量，使電源切換更加安全可靠。

具有以下功能：

（1）、控制箱具有將兩路交流輸入轉(zhuǎn)化為同一交流電壓等級(jí)輸出（AC127V）的功能；

（2）、控制箱具有將兩路交流輸入中優(yōu)先響應(yīng)的線路作為主輸入，另一線路作為備用輸入的功能；

（3）、控制箱具有半自動(dòng)控制功能，可手動(dòng)選擇輸入線路，控制線路通斷。

（4）、控制箱具有自動(dòng)切換功能，當(dāng)一路電源斷電后，控制箱能夠自動(dòng)切換至另一路電源。

（5）、 控制箱具有顯示功能，能夠顯示兩路電源的供電狀態(tài)和輸出狀態(tài)。

（7）、控制箱具有輸出斷開功能，不需要講前級(jí)交流電斷電即可進(jìn)行負(fù)載設(shè)備維護(hù)，方便、快捷。

（8）、控制箱具有短路保護(hù)、過載保護(hù)。

5 安裝方案

雙電源切換控制箱為礦用隔爆型，可在煤礦井上或井下為電源、光端機(jī)、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)等設(shè)備供電，可安裝在井下變電室、進(jìn)風(fēng)巷等允許安裝機(jī)電設(shè)備并且有AC127V、AC660V或者AC1140V的地點(diǎn)。

兩路交流輸入應(yīng)取自不同的電源，防止兩路電源同時(shí)斷電。

6 結(jié)語

系統(tǒng)完成后，通過交流雙電源切換控制箱成功用于煤礦井下，為煤礦安全監(jiān)控設(shè)備的電源或者其他設(shè)備供電，保證供電的不間斷，該系統(tǒng)具有科學(xué)、易管理、易擴(kuò)展、易維護(hù)等特點(diǎn)。

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