智能一体化控制电源系统在矿井的应用论文

智能一体化控制电源系统在矿井的应用论文

　　摘要：通过对智能一体化控制电源系统功能的介绍、论述现有控制电源系统背景及存在问题及事故造成的后果，重点介绍了控制电源系统组成及在矿井中应用的优点以及通过改造能到达的效果。

　　关键词：智能；一体化系统；控制电源；矿井

　　随着潞安集团五阳煤矿开采年限的增加，矿井采面也在逐步延伸扩大，产生了很多井下盘区变电所，已发展为多级变电所供电模式，加之采用的速断保护没有时限，这样当设备与电缆突发故障时，便易出现频繁越级跳闸现象，易对多个盘区变电所造成影响，而当盘区变电所出现停电现象后，开关保护也无法准确显示故障信息，这样便会增大故障点的排除难度。易影响矿井安全生产，对此研究智能化一体化的控制电源系统也显得越来越重要[1]。

　　1控制电源系统的功能

　　控制电源系统是一种专为井下变电硐室及监测监控中心提供安全、可靠、长延时后备电源的装置，主要涉及煤矿井下变电硐室隔爆型高压开关柜（高爆柜）的控制和保护电源及安全监测监控系统的后备电源，具体包括：（1）为煤矿井下变电硐室高爆柜提供与供电系统完全独立的控制和保护电源[2]；（2）为煤矿井下变电硐室电力监控中心提供长延时后备电源；（3）为煤矿井下瓦斯监测、人员定位等监测监控设备提供长延时后备电源；（4）依据用户不同电源需求，可以同时提供多个电压等级的交流或直流后备电源。

　　2背景及存在问题

　　（1）当前所有煤矿井下高爆柜的控制和保护电源，均与高压供电系统同源，即高爆柜的控制和保护电源由柜内高压互感器二次线圈输出的100V交流电源提供。控制和保护电源不独立，供电可靠性差，故障率高，容易引发大面积停电事故。如以五阳煤矿2017年发生的一起矿井停电事故为例，受矿井移动变压器高压头放炮的影响，致使矿井地面35kV变电所装设的10kV开关柜发生速断跳闸现象，直接越过矿井的3个盘区变电所，造成矿井总开关跳闸，而对于此次故障的排除，只能进行逐级与逐台开关遥测，并挨个检查各台移动变压器，从矿井停电到成功查到故障点耗费了大量时间，由此可见，十分有必要给矿井高爆开关配置独立的电源系统[3]。

　　（2）当6~10kV高压供电线路出现故障停电后，保护装置电源失电，无法查询故障信息，故障判断处理难度增加，影响恢复送电时间。

　　（3）由于采用的是与供电系统同源的控保电源，随着系统电压的频繁波动、多次谐波干扰等不良因素也通过高压互感器直接传递至保护装置电源端，造成保护装置工作电源的质量和稳定性差，长期如此，可导致保护装置保护特性下降[4]。

　　（4）电力监测监控中心是煤矿井下供电系统与井上调度中心联系的纽带。井下供电运行状态和数据等重要信息的上传、关键设备的远程操作等功能都依赖该平台实现。如果电力监测监控中心没有可靠的后备电源，在井下停电时，其实时监测功能将无法实现。

　　（5）由于当前煤矿井下电源技术的限制，煤矿井下瓦斯监控监测设备、人员定位系统的后备电源容量小、延时短，不能满足众多煤矿监测监控设备需要4~8个小时后备时间的要求。当监测监控设备失电后，所有监测监控数据不能及时上传到调度中心，存在一定安全隐患[5]。

　　3电源系统的组成

　　矿用隔爆兼本安型一体化电源主要由以下两部分组成：（1）矿用隔爆兼本安型锂离子蓄电池电源：DXJL6600/110J(A)；（2）矿用隔爆型馈电控制箱：KXBK1140(660)，电源箱和馈电箱既可以组合成一套设备使用，也可以独立使用于不同场所。

　　4电源系统的主要特点

　　（1）系统输入电源范围广泛，可以选择交流1140V或660V电源，电源波动范围±15%。

　　（2）系统可以输出多种电源：①煤矿井下变电硐室高爆柜的控制和操作电源，直流：DC110V（±2%），交流：AC110V（稳压精度±2%）；②煤矿井下变电硐室电力监测中心后备电源AC127V交流电源（稳压精度±2%）；③煤矿井下瓦斯、人员定位等监测监控后备电源AC127V交流电源（稳压精度±2%）[6]。

　　（3）对于井下设备的断电检修，可采用两种检修方式：①采用原有电压互感器作为临时检修电源，在一体化电源系统需要断电检修时，通过快速继电器切换到电压互感器输出电源临时供电；②采用直流电源旁路供电方式，在一体化电源需要开启设备腔前门检修时，通过检修旁路为负载供电。

　　（4）具有本安通信功能，可以实现运行数据实时向调度中心传输。

　　（5）后备时间长，根据负载设备容量，其后备时间长达4~10小时。

　　（6）一套系统可以配置两套蓄电池电源装置，成倍延长后备时间。且两套蓄电池电源装置采用专利控制技术，无需并联使用，一主一备，冗余备用。

　　（7）系统具有多种保护功能：包括蓄电池过充保护、蓄电池过放保护、短路保护、充电过流保护、放电过流保护、蓄电池温度保护、直流接地保护（告警）。

　　（8）具有开门断电联锁功能，即，在高爆柜需要检修时，可以实现高爆柜开门，蓄电池电源装置停止供电，符合煤矿安全规程要求，安全性可靠性高[7]。

　　5矿井高爆开关一体化电源系统的应用

　　当前，五阳煤矿各盘区变电所使用的高爆开关，大多为国产的ZBT-11综合保护器，这类保护器为双CPU结构，且这两个CPU彼此独立运行，即为控制单元与保护单元，让这两个单元独立运行，以使装置更可靠，但近年来，随着矿井生产规模的逐步扩大，耗电量的逐步增加，加之供电距离的逐步增大，此保护系统已很难满足矿井使用需要。对此，五阳煤矿积极引入了矿用隔爆兼本安型一体化电源系统，并在五阳煤矿矿井变电所得到了成功应用。此系统电源部分可馈出多个喇叭嘴，可为多台高爆开关直流供电系统同时提供电能。该智能化一体化的电源系统所用的供电电源主要为盘区的1140V与660V电源，借助分接头变压器，可把这些电源转变为380V的电源，并采用了蓄电池组来为系统的供充电模块供电，让变换模块充当主输出。这种双直流供电系统，可有效提高供电的连续性和可靠性，当其中一路发生故障时，另一路仍能正常工作。当低压系统发生故障时，电池组也能输出正常的连续可靠的电源。此外，电源系统配备的BMS电池管理系统，也能对各单体电池的电压大小及实际充放电情况进行实时检测，能起到有效保护系统充电回路与电池组的作用[8]。

　　6结论

　　此装置在五阳煤矿井下变电所投用，运行良好，实现了煤矿井下控制和保护电源、后备电源向隔爆型、大容量、高安全性、高可靠性的飞跃，同时解决了原有设备的安全性和可靠性缺陷，为井下供电、安全监测监控的智能化、网络化发展提供了电源保障，是未来井下电源技术发展的方向。

　　参考文献：

　　［1］彭长辉.智能控制在机电一体化系统中的应用［J］.科技创新与应用，2017（09）：80-82.

　　［2］伍业.智能控制及其在机电一体化系统中的应用［J］.自动化应用，2016（06）：23-25.

　　［3］楚皓翔，解大，娄宇成，等.基于信息融合的智能一体化电站新型并网控制策略［J］.电力自动化设备，2015（06）：91-93.

　　［4］余建文.浅谈智能控制与机电一体化的融合发展［J］.科技创业月刊，2012（08）：36-38.

　　［5］訾强，焦成栋，张衍阳，等.井下高爆开关一体化电源系统在煤矿的应用［J］.煤炭科技，2017（03）：45-47.

　　［6］党蒙.煤矿井下无轨胶轮电动车超级电容——蓄电池复合电源系统设计［J］.农村经济与科技，2017（12）：60-62.

　　［7］陈航生，张国平，王翠霞.智能一体化电源系统的特点及应用分析，华电技术，2015（11）：30-32.

　　［8］焦国锋，雷宏.智能变电站交直流一体化电源系统的研究与应用［J］.陕西电力，2010（10）：15-18.

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