王文英

（華北重型裝備制造有限公司，河北邯鄲 056200）

0 引言

煤礦供電系統(tǒng)對煤礦安全生產(chǎn)有著極為關(guān)鍵和重要的作用，供電系統(tǒng)的可靠程度會直接影響到煤礦機電設(shè)備的正常安全運行。一旦供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題，通風系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等一類負荷無法運轉(zhuǎn)，可能會出現(xiàn)瓦斯爆炸或淹井等事故，引發(fā)危及公共安全的重大事故，造成嚴重的社會影響。

煤礦井下掘進工作面的持續(xù)通風問題，是事關(guān)瓦斯災(zāi)害防治和井下工作人員生命安全的大事。盡管煤礦供電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范要求，大容量一類負荷的礦井應(yīng)采用雙重電源供電，但是并不能滿足礦井安全生產(chǎn)供電可靠性的嚴格要求。因此，增設(shè)獨立的第三電源點——礦用局部通風機應(yīng)急電源裝置，成為保障掘進巷道應(yīng)急通風供電，實現(xiàn)安全生產(chǎn)的可靠選擇。

1 應(yīng)急電源系統(tǒng)

為煤礦井下掘進工作面局部通風機配備EPS（Emergency Power Supply，應(yīng)急電源）可以防止因斷電造成停風問題的發(fā)生，進而減少瓦斯爆炸事故。在煤礦掘進工作而發(fā)生停電停風故障時，實現(xiàn)自動應(yīng)急供風，保障煤礦安全生產(chǎn)。

通過了解礦方的要求，結(jié)合井下使用工況，詳細設(shè)計應(yīng)急電源系統(tǒng)工作方案及控制原理，采用逆變技術(shù)和特殊礦用電源裝置，研發(fā)出蓄電池儲能式三相交流應(yīng)急電源裝置。該裝置的投入使用將為局部通風機提供獨立可靠的第三路應(yīng)急供電電源，有效避免礦井掘進工作面因停電停風引發(fā)的瓦斯超限事故[1-2]。

2 總體方案設(shè)計及工作原理

2.1 總體方案設(shè)計

應(yīng)急電源裝置主要由儲能蓄電池組、逆變器、充電機和控制系統(tǒng)等組成[3]。作為煤礦井下通風機的應(yīng)急電源裝置，基于鉛酸蓄電池組儲能，系統(tǒng)采用3 電池串聯(lián)作為電源，通過逆變器將960 V 直流逆變成660 V 50 Hz 交流電為局部通風機應(yīng)急供電，能夠滿足60 kW 局部通風機提供負載狀態(tài)下，連續(xù)供電2 h 以上的持續(xù)動力。采用高效的逆變器控制方案，實現(xiàn)故障應(yīng)急狀態(tài)下負載供電的連續(xù)無縫對接。應(yīng)急電源系統(tǒng)控制流程如圖1 所示，應(yīng)急電源系統(tǒng)接線如圖2所示。

圖1 應(yīng)急電源系統(tǒng)控制流程

圖2 應(yīng)急電源系統(tǒng)接線

2.2 工作原理

防爆蓄電池提供直流電壓，通過逆變器逆變成三相交流660 V 50 Hz 交流電為煤礦井下通風機供電，通過變壓變頻方式實現(xiàn)風機無沖擊軟啟動。

（1）充電機向蓄電池組充電，以保證電量蓄能充足。

（2）當電網(wǎng)供電正常時，應(yīng)急電源裝置處于直流熱備機狀態(tài)，不向第三通風機輸出電源。當電網(wǎng)供電出現(xiàn)異常時，應(yīng)急電源系統(tǒng)自動檢測主、備通風機供電線路是否異常，如果兩路電源均發(fā)生掉電事故，應(yīng)急電源裝置立即啟動，待延時10～20 s 后，第三通風機投入運行。當主、備通風機任一供電線路恢復供電，應(yīng)急電源裝置自動斷電，第三通風機停運，應(yīng)急電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)入直流熱備機狀態(tài)。

（3）配備的3 組特殊型電源裝置，蓄能容量能夠保證2×30 kW第三通風機負載正常運行2 h 以上。

（4）應(yīng)急電源裝置使用的工況：①安裝位置：具有獨立回風系統(tǒng)硐室內(nèi)；②運行方式：直流熱備機，自動切入；③適用條件：礦井高瓦斯突出區(qū)域；④環(huán)境溫度：0～40 ℃；⑤相對濕度：0～95%無冷凝；⑥環(huán)境氣體：處于進風流中。

2.3 主要設(shè)備設(shè)計及選型

以某煤礦井下掘進工作面為例，根據(jù)用戶的需求，設(shè)計計算各種應(yīng)急電源裝置設(shè)備性能參數(shù)，其中主要設(shè)備性能參數(shù)見表1。

表1 主要設(shè)備性能參數(shù)

2.3.1 礦用隔爆通風機專用逆變器設(shè)計[4-6]

礦用隔爆兼本質(zhì)安全型通風機專用逆變器符合MT 1099—2009《礦用變頻調(diào)速裝置》標準。設(shè)計的專用逆變器有內(nèi)置電池電量顯示、容量檢測功能。專用逆變器具有欠壓保護、過壓、過流、短路和漏電閉鎖、風、電閉鎖及瓦斯、電閉鎖等功能。其具有局部通風機工作狀態(tài)監(jiān)測接口，模擬量輸入接口2 路，開關(guān)量2 路，控制逆變器自動切換功能。工業(yè)顯示屏可以實時顯示應(yīng)急電源系統(tǒng)工作狀態(tài)、輸出電壓、電流、頻率、電池電壓、負載率、故障、電池低壓報警等信息。并配備專用輸出濾波器，能夠有效抑制諧波污染，提高功率因數(shù)。有效供電距離可達500 m。

專用逆變器主要技術(shù)參數(shù)：①產(chǎn)品型號：BPJ-110/660F（1 臺）；②額定輸入電壓：DC 960 V；③額定輸出功率：110 kW；④額定輸出電壓：AC 660 V±10% 50 Hz。

專用逆變器采用三電平逆變器，內(nèi)置高性能DSP 芯片，配以失量控制算法，輸出電壓波形接近正弦波，逆變器輸出波形如圖3 所示。

三電平逆變器輸出波形已經(jīng)近似正弦波，能夠有效減少對電網(wǎng)的諧波污染，延長電機的使用壽命，控制性能更加優(yōu)異。

2.3.2 防爆特殊型電源裝置選型

選用符合MT 658—2011《煤礦用特殊型鉛酸蓄電池》標準的鉛酸蓄電池組。鉛酸蓄電池組適用環(huán)境溫度0～40 ℃，使用隔爆型插銷連接器，保證各設(shè)備間線纜可靠連接，固定牢靠。

鉛酸蓄電池組基本參數(shù)選擇：①產(chǎn)品型號：DXT320/210（3組）；②額定電壓：DC 320 V；③額定容量：210 A·h；④配置數(shù)量：3 組。

2.3.3 礦用隔爆兼本安型充電機選型

礦用隔爆兼本安型充電機具備智能自動充電功能，數(shù)字顯示屏可將充電參數(shù)和狀態(tài)實時顯示，具有極性判斷、保護功能和過壓、欠壓、過流、過載等保護功能。礦用隔爆兼本安型充電機如圖4 所示。

礦用隔爆兼本安型充電機基本參數(shù)選擇：①產(chǎn)品型號：ZJC80/504K（A）（1 臺）；②供電電壓：三相380/660 V 50 Hz；③輸出電壓：20～504 V；④輸出電流：DC 0～80 A。

3 結(jié)語

該礦用局部通風機應(yīng)急電源裝置普遍適用于各煤炭生產(chǎn)企業(yè)，現(xiàn)已在部分單位煤礦井下正常使用。在煤礦井下掘進工作面發(fā)生停電停風故障時，實現(xiàn)自動應(yīng)急供風，避免煤礦井下掘進工作面局部通風機雙?，F(xiàn)象的發(fā)生，保障煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦井下掘進面的供風可靠性，為煤礦井下掘進面工人的安全增加一層保障，加快工作面的推進速度，提高工作效率，對防止瓦斯超限、減少瓦斯事故、改善煤礦生產(chǎn)安全狀況具有重要意義。