毛鑫鑫

（山西晉煤集團(tuán)晉圣鳳紅煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 引言

鳳紅礦井下瓦斯監(jiān)控體系是基于Senturion KJ31N 的總線型平臺(tái)，目前雖然采用了雙電源供電，但存在切換延時(shí)較長(zhǎng)、容易造成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)瞬時(shí)失控的現(xiàn)象。缺乏有效的電量供應(yīng)是該平臺(tái)的最大短板，極易引發(fā)安全事故：（1）采取單端供電形式，分站、電動(dòng)機(jī)、總線擴(kuò)展器、斷路器等電源一般就近就地連接，通常和電燈、水泵、涂布機(jī)等其他裝置使用同一電源，經(jīng)常因維修、故障或挪動(dòng)的緣故斷電；（2）個(gè)別安全監(jiān)控裝置配備了供電箱，可是備用電源選擇的是蓄電池，僅能維持不超過(guò)2h的供電。若停電2h 以上，監(jiān)控平臺(tái)將會(huì)斷電，而且，在充放電次數(shù)增多后，備用電源容量會(huì)逐漸降至2h以下；（3）如今通常使用200A 的成套開(kāi)關(guān)裝置或照明綜保開(kāi)關(guān)，但安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)的負(fù)載是mA 級(jí)，這種配置是一種極大的浪費(fèi)，且占地大，設(shè)備重。

對(duì)于鳳紅礦存在的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)通常選擇專(zhuān)用供電線路，從地上向井下鋪埋供電線路，可由于距離太長(zhǎng)，線徑太粗，成本過(guò)高。而且該方法仍屬于單回路供電，頻繁斷電的短板仍未補(bǔ)足。

為了確保給煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系提供穩(wěn)定的電源，要求設(shè)計(jì)的裝置技術(shù)含量高，功能完備，易于操作，占地小，便于搬運(yùn)，能在需要的不同電壓等級(jí)下運(yùn)行，從源頭彌補(bǔ)煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系斷電短板和備用電源續(xù)航過(guò)短的不足。

2 雙電源切換原理及特點(diǎn)

2.1 控制回路分析

負(fù)荷線路（監(jiān)測(cè)監(jiān)控分站等裝置）屬于雙回路，兩個(gè)回路中一個(gè)是主電源，一個(gè)是副電源，兩個(gè)電源交替給負(fù)荷供電。若主電源回路被切斷，副電源會(huì)自動(dòng)向負(fù)荷供電；若主電源回路重新連接，供電源又重新切換成主電源。流程示意圖詳見(jiàn)圖1。

該雙電源開(kāi)關(guān)由兩部分構(gòu)成：電氣控制組件、隔爆外殼。其中，電氣控制組件是核心；隔爆外殼是指符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、具有防爆合格證，并確保一體化有效密封的殼體，可保證在瓦斯環(huán)境下內(nèi)部組件的安全運(yùn)行。隔爆外殼內(nèi)部的電氣控制組件示意圖詳見(jiàn)圖2。

圖1 雙電源開(kāi)關(guān)系統(tǒng)示意圖

圖2 電氣控制示意圖

圖2 的主輸入、副輸入分別指代主電源、副電源，兩者分別與1140660G-1（主線路變壓器）、1140660G-2（副線路變壓器）相連。1140660G-1、1140660G-2 分別有一路連接到主線路control relay/contactor-6 和副線路control relay/contactor-7 的接入點(diǎn)；還分別有一路連接到主線路rectifier-3 和副線路rectifier-4。轉(zhuǎn)換后的電流輸出到PLC 控制系統(tǒng)5的電源觸點(diǎn)和接入點(diǎn)，程序執(zhí)行后根據(jù)輸出結(jié)果將信號(hào)接入主線路control relay/contactor-6 和副線路control relay/contactor-7。圖中8 是SB1 手動(dòng)操控電閘開(kāi)關(guān)，9 是SB2 常開(kāi)觸點(diǎn)，10 是漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)（配有旋轉(zhuǎn)手柄）。

2.2 切換裝置性能分析

（1）本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)雙回路中主電源、副電源的自動(dòng)切換，還有備用充電電池，能夠給安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)負(fù)載的電量供應(yīng)提供三重保障，改善了行業(yè)中傳統(tǒng)平臺(tái)僅使用relay 或vacuum ac contactor 等控制的落后方式，簡(jiǎn)單利用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，裝置具有接線過(guò)多、故障率高、運(yùn)行不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。

（2）使用PLC 控制技術(shù)，利用該核心部件能夠?qū)崟r(shí)掌握兩個(gè)電源的工作狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行分析研究，然后控制程序依照當(dāng)前狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)整輸出參數(shù)，利用當(dāng)前線路的相關(guān)部件來(lái)調(diào)整和轉(zhuǎn)換當(dāng)前狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電源的互相切換，并且對(duì)于不同的負(fù)荷裝置，通過(guò)調(diào)整內(nèi)部程序參數(shù)，能夠調(diào)整時(shí)間及對(duì)線路負(fù)荷的最優(yōu)控制，達(dá)成了兩電源間自動(dòng)有效的互相切換。

（3）創(chuàng)新點(diǎn)：① 將傳統(tǒng)的物理元器件調(diào)控技術(shù)和先進(jìn)的PLC 可控制技術(shù)相結(jié)合，用一臺(tái)PLC控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)兩個(gè)回路中主、副電源互相切換的可靠性。② 能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況自由調(diào)整時(shí)間間隔和裝置的切換節(jié)點(diǎn)，操作自由、快捷，有極大的擴(kuò)展空間。③ 該產(chǎn)品的手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)、旋轉(zhuǎn)手柄功能以及不同線路當(dāng)前情況在線展示功能是該產(chǎn)品的另一創(chuàng)新點(diǎn)和特性。④ 在確保裝置穩(wěn)定工作的同時(shí)，極大簡(jiǎn)化了裝置的雜亂接線。⑤ 能夠在不干擾其他負(fù)荷運(yùn)作的情況下，方便實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控分站及線路中其他負(fù)荷裝置的停機(jī)檢修工作。

（4）通過(guò)調(diào)整和切換不同回路主、副變壓器，能夠達(dá)到滿足系統(tǒng)對(duì)各種電壓等級(jí)的要求。不同等級(jí)電壓輸出能夠滿足交流1140V、660V、220V、127V、0~36V 等不同電壓等級(jí)。

（5）該電源開(kāi)關(guān)同樣能適用于實(shí)時(shí)定位裝置、綜合自動(dòng)化裝置、無(wú)軌膠輪車(chē)遠(yuǎn)程調(diào)控平臺(tái)、電調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、局部通風(fēng)等多個(gè)裝置。

3 引入擴(kuò)展器瓦斯監(jiān)控的電源改造與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 引入P5000擴(kuò)展器瓦斯監(jiān)控的電源改造

為彌補(bǔ)上述不足，現(xiàn)詳述該雙電源切換方案的有效性，通過(guò)把主、副電源接入擴(kuò)展器的電源箱，提高該系統(tǒng)供電的平穩(wěn)性。往擴(kuò)展器的電源箱接入雙電源切換部件的接線示意圖詳見(jiàn)圖3（a）。

圖3 接線示意及內(nèi)部原理圖

雙電源切換裝置運(yùn)行的電氣原理詳見(jiàn)圖3（b）。其內(nèi)部構(gòu)成如下：通過(guò)660V/200A4 通接線盒或者老式的KDD-2 型斷電器，在裝置內(nèi)部接入2 個(gè)660V/36V、20W 變壓器1 個(gè)，36V 接觸器1 個(gè)（660V，10A），把兩路660V 輸入電源分別與接觸器上2 對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)及常閉觸點(diǎn)連接，然后將兩觸點(diǎn)下方并連后輸?shù)?60V 電源，為瓦斯調(diào)控裝置分站或交換機(jī)供電。AC 接觸器繞線電阻和常開(kāi)觸點(diǎn)與660V 回路1 的相電源線連接，充當(dāng)主電源，另一路660V 電源與660V 回路2 兩相線連接，充當(dāng)副電源。工作時(shí)，回路1 電源供電，接觸器KM1 閉合，常開(kāi)回路2電源由于常閉觸點(diǎn)KM2 開(kāi)路，回路1 電源向P5000擴(kuò)展器的電源箱輸入電量，回路2 電源處于開(kāi)路，不進(jìn)行供電。當(dāng)回路1 電源開(kāi)路但回路2 電源接通時(shí)，KM1 繞線電阻不接通，KM2 閉合，KM1 常開(kāi)觸點(diǎn)開(kāi)路，P5000 的電源箱通過(guò)回路2 電源供電，僅在兩回路電源一同斷電時(shí)P5000 的電源箱才有可能切斷交流供電。所以，該方案有效增強(qiáng)了P5000電源箱供電的穩(wěn)定性，確保了監(jiān)測(cè)平臺(tái)的可靠運(yùn)行。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

圖4 自動(dòng)切換部件圖

圖5 瓦斯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線

圖4 為圣鳳礦實(shí)際的自動(dòng)切換裝置，如圖5 所示為該礦在投入自動(dòng)切換裝置情況下，2019 年1 月18 日至19 日內(nèi)對(duì)工作面CH4含量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面，該上位機(jī)對(duì)其最大值、最小值、平均值進(jìn)行了量化，通過(guò)間隔采樣形成圖5 的變化曲線，方便運(yùn)行人員進(jìn)行監(jiān)控與瓦斯預(yù)警判斷。由于該礦暫未出現(xiàn)瓦斯涌出超量以及報(bào)警事件，暫無(wú)案例分析可借鑒。

4 結(jié) 語(yǔ)

井下隔爆型雙電源切換設(shè)備把現(xiàn)代的PLC 控制技術(shù)與傳統(tǒng)的元器件進(jìn)行有效的結(jié)合，在內(nèi)部程序調(diào)節(jié)下，有效彌補(bǔ)了目前井下監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)頻繁斷電的不足，為安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)提供了安全有效的電源。同時(shí)，不同等級(jí)電壓輸出使該技術(shù)能夠廣泛適用在實(shí)時(shí)定位裝置、煤礦綜合自動(dòng)化裝置、無(wú)軌膠輪車(chē)遠(yuǎn)程調(diào)控平臺(tái)以及電調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)等。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的檢驗(yàn)，該技術(shù)穩(wěn)定可靠，值得廣泛推廣。