張建浩

(潞安環(huán)保能源開發(fā)股份公司 王莊煤礦，山西 長(zhǎng)治 046031)

電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)的工作原理是：在工作電流超過預(yù)設(shè)的定值并達(dá)到一定時(shí)間后跳閘，從而達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的，在煤礦井下所有開關(guān)里都設(shè)置有過載保護(hù)裝置。這種保護(hù)裝置雖然保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，但因過載保護(hù)動(dòng)作帶來的設(shè)備處理過程比較復(fù)雜。如：當(dāng)綜采工作面刮板輸送機(jī)開關(guān)顯示過載并達(dá)到其允許時(shí)間時(shí)，開關(guān)跳閘，原因是刮板輸送機(jī)上的運(yùn)煤量超過了它的運(yùn)輸能力。常規(guī)的處理方法是：先把刮板輸送機(jī)開關(guān)停電閉鎖，然后把超出的煤清理出來，再啟動(dòng)刮板輸送機(jī)，最后再把剛才清理出來的煤重新裝到刮板輸送機(jī)上。這個(gè)處理過程投入的人力太多，時(shí)間耗費(fèi)太長(zhǎng)。尤其是當(dāng)綜采工作面頂板不穩(wěn)定，放頂煤時(shí)稍不注意就會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)上煤太多的現(xiàn)象，造成刮板輸送機(jī)過載，開關(guān)跳閘，導(dǎo)致整個(gè)工作面停產(chǎn)。為盡快處理故障，需要所有生產(chǎn)人員都參與到卸煤、裝煤的工作中去。如果通過采取調(diào)大開關(guān)保護(hù)值的方式來避免過載保護(hù)動(dòng)作，就會(huì)有超過電動(dòng)機(jī)額定電流的電流通過電動(dòng)機(jī)，時(shí)間一長(zhǎng)，輕則縮短電動(dòng)機(jī)使用壽命，重則燒毀電動(dòng)機(jī)，引起工作面火災(zāi)或爆炸事故，后果不堪設(shè)想。

鑒于此，我們?cè)O(shè)計(jì)一種刮板輸送機(jī)智能過電流預(yù)警裝置，在電動(dòng)機(jī)過電流事件發(fā)生后、過載保護(hù)動(dòng)作前采取措施，降低刮板輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流，避免因過載而導(dǎo)致的停機(jī)事故，進(jìn)而降低事故率，提高設(shè)備運(yùn)行效率。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)及方案

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

針對(duì)現(xiàn)有的過載保護(hù)，在跳閘動(dòng)作前沒有明顯征兆這一缺陷，設(shè)計(jì)一種用于刮板輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)的過電流預(yù)警裝置，當(dāng)其達(dá)到過電流值而未達(dá)到過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間時(shí)，提醒操作人員注意，在該時(shí)間內(nèi)，通過降低刮板輸送機(jī)上煤量，將刮板輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流降低至規(guī)定范圍內(nèi)，避免因過載保護(hù)動(dòng)作而導(dǎo)致的停機(jī)事故，從而實(shí)現(xiàn)不停機(jī)處理電動(dòng)機(jī)過載問題的目標(biāo)。

1.2 技術(shù)方案

根據(jù)電流的熱效應(yīng)計(jì)算公式：Q=I2Rt，在不考慮溫度影響的前提下，視電動(dòng)機(jī)繞組的電阻為定值，熱量Q與通過電動(dòng)機(jī)繞組電流I的平方和時(shí)間t成正比，在熱量Q一定的情況下，電流越大則電動(dòng)機(jī)的溫升越快，所以必須在其規(guī)定的時(shí)間里把實(shí)際運(yùn)行電流減下來。礦用隔爆兼本質(zhì)安全型刮板輸送機(jī)控制開關(guān)說明書中過載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間表如表1所示。

表1 過載動(dòng)作時(shí)間

從表1可以看出，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流是額定電流1.05倍時(shí)，過載保護(hù)2 h內(nèi)不動(dòng)作；電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流是額定電流1.2倍時(shí)，過載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為12～60 min；電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流在額定電流1.5倍時(shí)，過載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為90～180 s；電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流在額定電流6倍時(shí)，過載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為8～14 s.我們可以在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流超過額定電流1.2倍或1.5倍時(shí)但還未達(dá)到動(dòng)作時(shí)間前，即在過電流現(xiàn)象已發(fā)生但未達(dá)到過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間前進(jìn)行聲光預(yù)警，提示操作人員通過減少刮板輸送機(jī)上煤量或禁止刮板輸送機(jī)上煤來控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流，使其雖然超過允許范圍，但在過電流時(shí)間允許范圍內(nèi)又降低到額定范圍內(nèi)。這樣一來既保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，又避免了過載跳閘后處理故障。

刮板輸送機(jī)智能過電流預(yù)警裝置的主要元器件包括：電流互感器、PLC、繼電器及聲光警報(bào)裝置。其中，電流互感器包括電流互感器一次側(cè)A、B、C，分別串接至刮板輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)的三相負(fù)荷線，電流互感器二次側(cè)a、b、c分別連接PLC模擬量輸入端口La、Lb和Lc，以將從電流互感器a、b、c采集的電流輸入PLC；PLC的L和N端口連接至AC220V；PLC的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)預(yù)設(shè)的電流定值，通過PLC實(shí)時(shí)識(shí)別從模擬量輸入端La、Lb和Lc輸入的電流值，并與預(yù)設(shè)電流定值進(jìn)行比較；比較結(jié)果通過PLC的模擬量輸出端Q1.2、Q1.3和Q1.4輸出；模擬量輸出端Q1.2、Q1.3和Q1.4分別連接3個(gè)繼電器線圈1J、2J、3J一端，繼電器線圈1J、2J、3J另一端均連接至PLC的L+端口，PLC的L+端口與PLC的2M端口連接；PLC的L1和N接口連接AC220V進(jìn)行供電；聲光警報(bào)裝置包括警示燈L1、L2和L3，進(jìn)行聲音警報(bào)的第一警報(bào)裝置S1和第二警報(bào)裝置S2；警示燈L1、L2和L3分別為綠、黃、紅三色燈，與3個(gè)繼電器的觸點(diǎn)開關(guān)1J-1、2J-1、3J-1串聯(lián)后并聯(lián)連接至AC220V，第一警報(bào)裝置S1和第二警報(bào)裝置S2分別與警示燈L2和L3并聯(lián)。

1.3 工作原理

如圖1所示：在設(shè)定額定值后，PLC通過模擬量輸入端口La、Lb和Lc實(shí)時(shí)接收電流互感器ABC讀取的電流值，并與設(shè)定的定值進(jìn)行比較。當(dāng)3個(gè)端口接收到的電流值最大者超過設(shè)定值時(shí)發(fā)出不同警報(bào)。當(dāng)實(shí)時(shí)電流值最大者為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.2倍時(shí)，此時(shí)PLC通過模擬量輸出端口Q1.2輸出信號(hào)，與模擬量輸出端口Q1.2連接的繼電器的線圈1J得電，對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)開關(guān)1J-1閉合，使警示燈L1通電發(fā)光。警示燈L1為綠光燈，當(dāng)該警示燈發(fā)光時(shí)，工作人員可在完成手頭工作后再進(jìn)行處理；當(dāng)實(shí)時(shí)電流值最大者為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.5倍時(shí)，此時(shí)PLC通過模擬量輸出端口Q1.3輸出信號(hào)，與模擬量輸出端口Q1.3連接的繼電器的線圈2J得電，對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)開關(guān)2J-1閉合，使警示燈L2通電發(fā)光，同時(shí)作為聲音警報(bào)的第一警報(bào)裝置S1通電發(fā)聲警報(bào)，警示燈L2為黃光燈，且第一警報(bào)裝置S1發(fā)出第一警示信號(hào)，工作人員觀察到黃光信號(hào)，并接收到第一警示信號(hào)時(shí)，可稍作延時(shí)然后進(jìn)行處理，提示操作人員下一步工作應(yīng)該減少上煤量，防止輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)受到損壞；當(dāng)實(shí)時(shí)電流值最大者為電動(dòng)機(jī)額定電流的6倍時(shí)，此時(shí)PLC通過模擬量輸出端口Q1.4輸出信號(hào)，與模擬量輸出端口Q1.4連接的繼電器的線圈3J得電，對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)開關(guān)3J-1閉合，使警示燈L3通電發(fā)光，同時(shí)作為聲音警報(bào)的第二警報(bào)裝置S2通電發(fā)聲警報(bào)，警示燈L3為紅光燈，且第二警報(bào)裝置S2發(fā)出第二警示信號(hào)，此時(shí)工作人員應(yīng)立即進(jìn)行處理，提示操作人員立即停止上煤。

圖1 過電流預(yù)警原理圖

1.4 應(yīng)用效果

利用電流互感器和PLC對(duì)電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行識(shí)別，在發(fā)生過電流而未達(dá)到其動(dòng)作時(shí)間內(nèi)進(jìn)行聲光預(yù)警提示，提示操作人員在規(guī)定允許時(shí)間內(nèi)把電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流降下來，使電動(dòng)機(jī)在設(shè)定電流允許范圍內(nèi)運(yùn)行，這樣既能保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，又能避免過載停機(jī)所帶來的弊端。通過在王莊煤礦9102工作面應(yīng)用，因過載造成的停機(jī)故障大大減少，使用效果良好。

2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

利用過載保護(hù)動(dòng)作的兩個(gè)必要條件：一是需要電流超過額定電流一定范圍，二是在不同電流范圍內(nèi)超過各自動(dòng)作時(shí)間范圍。我們充分利用這個(gè)動(dòng)作時(shí)間范圍，在運(yùn)行電流超過額定電流一定范圍時(shí)，發(fā)出警報(bào)讓操作人員注意操作，使電動(dòng)機(jī)在允許過電流時(shí)間范圍內(nèi)把電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流降下來，降低了事故率，提高了設(shè)備運(yùn)行效率。

3 結(jié) 語(yǔ)

該裝置的成功研制，通過聲光提示在電動(dòng)機(jī)電流超出允許范圍而過電流動(dòng)作時(shí)間還未達(dá)到以前，通過采取措施把電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流降下來，在保護(hù)電動(dòng)機(jī)的同時(shí)，又避免了設(shè)備停機(jī)，提高了設(shè)備運(yùn)行效率。