顏晶晶

淄博王莊煤礦有限公司 山東淄博 255400

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 方案內(nèi)容

1.1.1 斷路器在線監(jiān)測

根據(jù)國內(nèi)外多年的研究經(jīng)驗(yàn)，斷路器在線監(jiān)測的內(nèi)容有：①合、分閘線圈回路；②合、分閘線圈電流；③合、分閘時(shí)間；④合、分閘狀態(tài)；⑤合閘彈簧狀態(tài)。它旨在不影響設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，通過各種方法對斷路器的機(jī)構(gòu)、電路等進(jìn)行監(jiān)測和評估，實(shí)時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，捕捉異常征兆，并對故障部位、故障發(fā)生頻次及發(fā)展趨勢做出分析判斷。

1.1.2 溫度在線監(jiān)測

現(xiàn)有井下配電裝置主線路為高壓帶電體，沒有溫度在線監(jiān)測功能。本項(xiàng)目研究無線溫度傳感器的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法，以及溫度異常保護(hù)方法。使無線溫度傳感器測溫點(diǎn)與高壓帶電被測點(diǎn)直接接觸，準(zhǔn)確報(bào)告運(yùn)行中高壓帶電體手車觸臂易發(fā)熱部位溫度，超過閥值預(yù)警[1]。

1.1.3 手車遠(yuǎn)程控制

主要對斷路器手車進(jìn)出機(jī)構(gòu)和伺服電機(jī)控制保護(hù)原理進(jìn)行研究。原有手車通過人工操作，從觀察窗觀察手車是否插入到位。自動(dòng)控制原理是通過電機(jī)控制模塊控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，推動(dòng)機(jī)構(gòu)使手車進(jìn)出，同時(shí)克服手車插入或退出瞬間強(qiáng)大阻力；另外如不具備電動(dòng)條件時(shí)，如何確保手動(dòng)仍然有效。

1.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案

系統(tǒng)采用集散型分布控制處理結(jié)構(gòu)。主控模塊、電機(jī)監(jiān)控模塊、溫度檢測模塊通過RS485組成有機(jī)的系統(tǒng)。每個(gè)模塊均有自診斷功能并通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互診斷功能。

控制系統(tǒng)由主控制器、電機(jī)控制器和溫度接收器組成。主控制器核心采用電機(jī)數(shù)字化控制專用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），通過RS485組成全分布控制處理的系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)互診斷功能。主控制器接受按鈕合分閘、手車進(jìn)出、參數(shù)查詢等操作指令，采集三相電壓、兩相電流、線路絕緣/回路電阻、斷路器合閘線圈電流、分閘線圈電流、零序電壓和零序電流等信號(hào)，同時(shí)可通過RS485或以太網(wǎng)通訊口組成網(wǎng)絡(luò)，接收上位機(jī)合分閘、手車進(jìn)出等控制命令。主控制器處理后的數(shù)據(jù)和故障信息送入顯示器，供用戶查詢[2]。

1.2.1 斷路器在線監(jiān)測

主控制器采樣斷路器合閘和分閘線圈電流，經(jīng)過信號(hào)隔離傳感器相應(yīng)輸出0-1V差分信號(hào)，經(jīng)過儀表放大器和電壓跟隨輸出給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過AD采樣模塊，每周期采樣128點(diǎn)并經(jīng)過離散FFT計(jì)算，算出基波幅值和相位，進(jìn)而計(jì)算有效值和諧波分量。主控制器同時(shí)監(jiān)測斷路器輔助觸點(diǎn)，發(fā)出合分閘指令后，計(jì)算斷路器的合分閘時(shí)間、合分閘線圈電流、電壓，超過設(shè)定閥值，發(fā)出跳閘指令，同時(shí)將故障信號(hào)和數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示屏，用作顯示和報(bào)警。

1.2.2 溫度在線監(jiān)測

采用無線溫度傳感器和無線接收器組成溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，利用zigbee技術(shù)傳遞溫度信息，實(shí)現(xiàn)了采集器和被采集對象高壓導(dǎo)電體等電位，安全可靠。在隔離插頭與斷路器輸入輸出端的連接處安裝無線溫度傳感器。無線溫度傳感器是由溫度傳感器、信號(hào)調(diào)制放大、邏輯控制電路、無線調(diào)制接口等組成，內(nèi)部電路由可拆卸電池供電，可持續(xù)供電半年以上。傳感器將采集到的溫度信號(hào)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到溫度接收器，溫度接收器將溫度值通過通信傳輸至電機(jī)控制器，主控制器分析判斷溫度絕對值和單位時(shí)間內(nèi)溫升變化，發(fā)出預(yù)警信息。系統(tǒng)通過人機(jī)界面將測溫點(diǎn)、接點(diǎn)溫度運(yùn)行參數(shù)、預(yù)告警信息、歷史參數(shù)等通過文字、曲線等形式直觀顯示，提最直接可靠的數(shù)據(jù)，消除隱患，最大限度的減少事故[3]。

1.2.3 手車遠(yuǎn)程控制

在手車原有手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加伺服電機(jī)（含減速機(jī)）、電磁離合器及電機(jī)控制器，使手車具有電動(dòng)、遠(yuǎn)程控制功能。電機(jī)控制器采樣伺服電機(jī)電流、手車位置狀態(tài)，接收到主控制器手車推進(jìn)指令，判斷手車未在合閘位則進(jìn)行推進(jìn)控制，離合器控制點(diǎn)閉合使其連接，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)控制點(diǎn)閉合，電機(jī)得電帶動(dòng)手車徐徐推進(jìn)，到達(dá)位置后控制器電機(jī)和離合器控制點(diǎn)自動(dòng)斷開。因手車隔離插銷與插座之間摩擦阻力較大，電機(jī)易發(fā)生過載、堵轉(zhuǎn)故障，控制器通過電機(jī)電流監(jiān)測發(fā)現(xiàn)過載、堵轉(zhuǎn)后，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為點(diǎn)動(dòng)模式，直到移動(dòng)到位。斷路器在合閘狀態(tài)下，主控制器即使接收到上位機(jī)或本地手車移動(dòng)指令，也不會(huì)向電機(jī)控制器發(fā)出控制指令。

1.3 應(yīng)用效果

本項(xiàng)目研制的新型高壓配電裝置在某煤礦進(jìn)行工業(yè)性試行，裝置能監(jiān)測斷路器控制回路、主要監(jiān)測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)顯示及保護(hù)，達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)。手車電動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，首次應(yīng)用于國內(nèi)煤礦井下高壓配電裝置，同時(shí)具備斷路器合分閘、故障復(fù)位、參數(shù)整定的遠(yuǎn)控功能，為井下變電所無人化值守做出積極的探索，填補(bǔ)國內(nèi)同類產(chǎn)品技術(shù)空白。

2 高壓配電改造原理

2.1 速斷保護(hù)原理

速斷保護(hù)是為了防止保護(hù)裝置在較大電流靠近線路端口附近時(shí)保護(hù)動(dòng)作延時(shí)，而使用通過提高整定值來限制保護(hù)裝置動(dòng)作范圍的方法，避免保護(hù)時(shí)限過長。但是速斷保護(hù)的動(dòng)作是按照電流短路時(shí)的最大運(yùn)行方式設(shè)置的，因此保護(hù)的線路較短，而且受到系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，無法保護(hù)整體線路。對速斷保護(hù)進(jìn)行技術(shù)改造能夠防止配電變壓器產(chǎn)生過大電流，造成速斷保護(hù)的動(dòng)作失誤。

2.2 定時(shí)限過電流保護(hù)原理

定時(shí)限過電流保護(hù)是為了保證過限電流保護(hù)動(dòng)作的效率，而對保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使相鄰保護(hù)動(dòng)作的使用時(shí)間按照自負(fù)荷向電源方向逐漸延長。定時(shí)限過電流保護(hù)能夠有效保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，從而避免保護(hù)裝置產(chǎn)生失誤或者無效動(dòng)作，保證高壓配電裝置的運(yùn)行安全。

3 結(jié)語

煤礦變電所和高壓配電裝置存在諸多問題，為提高配電裝置系統(tǒng)的運(yùn)行效率與可靠性，為煤礦的供電提供更加穩(wěn)定和安全的生產(chǎn)環(huán)境，在創(chuàng)造企業(yè)更大的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)保障煤礦員工的生命財(cái)產(chǎn)安全，對煤礦變電所高壓配電裝置進(jìn)行合理的技術(shù)改造是非常有必要的。