收稿日期:2009-04-02作者简介:张立群(1973 ),女,河南平顶山人,工程师,1998年毕业于河北建筑科技学院,现从事电气设计工作。

矿井大功率通风机电控系统的设计及应用张立群(平煤集团设计院有限公司,河南平顶山 467000)摘要:随着平煤集团各大矿区矿井的进一步开采及井田范围的进一步拓展,风机的最大通风能力已不能满足井下通风需要,必须进行改造。

新增设的平煤集团六矿北风井主要通风机电机为2800k W,对其电控系统的设计成为急需解决的难题。

设计的电控系统选用了PYFK 1/2000型风机监控系统和高压软启动控制器装置,能够对风机使用的电动机进行降压启动,同时可以对设备进行智能控制和保护,解决了大功率风机启动难、控制难的实际问题,值得大力推广。

关键词:大功率通风机;电控系统;PY FK 1/2000型风机监控系统;S M C 控制器中图分类号:TD 441 文献标识码:A 文章编号:1003-0506(2009)07-0012-02Design and Application of E lectric Control Syste m of H igh Po werM ine FanZ HANG Li qun(P ingd i ng shan Coal Group D esi gn Ins titute Co.,L t d.,P ingd i ng shan 476000,China )Abstrac t :W ith the furt her explo i tati on o f t he m i ne and t he expansion ofm i ne field scope i n Pm jt Co .,L td ,the m ax i m um ventilati on ca pacity of the fan can no tm eet t he needs o fm i ne ventilation ,and itm ust be m od ifi ed .T he pow er o f the ne w m a i n fan mo tor i s 2800k W in north v entilation shaft .Its e lectron ic contro l syste m des i gn has been an urgent proble m.In th i s e l ectronic contro l syste m desi gn ,the desi gner se l ec ted PY FK 1/2000fan mo tor m on itor i ng system and h i gh vo ltage soft start contro ller dev ice .T he ope ra t o r can use t hese de v ice to reduce the starting vo ltage of t he fan mo tor ,and at the sa m e ti m e ,this dev i ce can m ake i nte lli gent contro l and pro tecti on to the fan m otor .T h i s syste m so lves t he prac tica l prob l em s t hat the h i gh po w er fan m o t o r i s d ifficu lt to sta rt and to contro.l T h i s technology i s w orthy o f be i ng spreaded .K eywords :t he high pow er fan m otor ;electronic contro l syste m;PY FK 1/2000fan m otor mon it o ri ng sy stem;S M C con tro ll er风机是矿井的重大安全设备之一,它的安全运行与否直接关系到矿井的正常安全生产和人员的生命安全。

要想保证通风机安全正常运行,除了选用高品质、高可靠性的通风机主机外,一套高性能、高可靠性的电控系统同样也是风机安全运行的重要保证。

对于大功率通风机的电控系统的设计来说,设计既能实现自动、检修、手动和调试4种操作方式的功能,同时又能满足大功率通风机要求的控制系统被列为电控系统设计的重点攻关项目。

经过多次调研和方案对比,决定对平煤集团六矿北风井主要通风机选用PYFK 1/2000型风机监控系统和高压软启动装置,使其满足通风机的技术指标和 煤矿安全规程!的要求。

1 配电系统(1)高压配电系统。

6k V 双电源进线,单母线分段运行,6kV 双电源进线引自矿井35/6kV 变电所的不同母线段。

开关柜采用带微机保护装置的KYGC 型高压开关柜,且提供远控无源触点。

(2)低压配电系统。

低压配电系统使用~380V 双电源供电,~380V 双电源引自不同母线段的高压开关柜。

2 风机启动系统经过多方论证和探讨,对于大功率通风机的启动选用高压软启动控制器。

该高压软启动控制器符合 煤矿安全规程!和相关的高压电气要求,是一种新型、实用的矿用电动机启动设备,适用于煤矿风机∀12∀2009年第7期 中州煤炭总第163期使用的三相异步电动机的大型设备的降压启动,同时对设备进行智能控制和保护。

因产品技术先进、产品可靠、技术支持到位,为煤矿企业的安全、高效生产提供了有力保障。

2.1 高压软启动器的组成(1)主回路:由3组晶闸管功率组件组成,单组组件包括输入端(R、S、T接电源)和输出端(U、V、W 接负载)。

(2)旁路:主要部件是高压真空接触器,符号为B1,输入和输出端分别跨接在3组晶闸管功率组件的输入和输出端上。

(3)反馈回路:主要部件是分压电阻反馈板组成的电压反馈系统,为软启动控制器S M C提供电压信号;电流互感器组成电流反馈系统,为软启动控制器S MC提供电流反馈信号。

(4)控制回路:控制回路由软启动控制器S M C、接口板、光纤、触发板组成,可发出触发信号和接收反馈信号,完成对晶闸管功率组件的控制。

其连接方式为:S M C控制器与接口板由传输排线连接(共5根);触发板与接口板采用光纤连接。

2.2 高压软启动器的工作原理高压软启动器由3组晶闸管组件和旁路真空接触器并联,组成软启动三相主电源回路系统。

用户电网电源经供电高开输出端,由高压电缆连接到三相晶闸管组件的输入端(标识为R、S、T),三相晶闸管组件的输出端由高压电缆穿过三相电流互感器连接到输出端(标识为U、V、W),再由输出端连接到电动机(电源与负载端切勿接反,否则将造成设备损坏)。

三相电流互感器为电流反馈元件,其二次侧电流信号经导线传送给接口板,再由接口板连接排线将信号传输给S M C控制器,S M C控制器通过接收到的电流信号,对系统进行过载、欠载等相关保护和电流值显示;分压电阻反馈板为电压反馈元件,其输入端子由高压导线连接到三相晶闸管输入、输出端,采集高压信号,经分压电阻反馈板输出三相低电压反馈信号传输到接口板上,由接口板连接排线传送给SMC控制器进行处理。

接口板通过光纤连接到三相晶闸管组件上的触发板,实现了晶闸管组件和控制部分的电气隔离;SMC控制器产生门极触发信号,驱动接口板上光纤传送器,通过光纤把门极信号传送到门极触发板,控制可控硅的关闭、导通。

接口板也可以通过光纤接收来自门极触发板的温度反馈,如果散热器温度高于设定值,S MC控制器停止发出三相晶闸管组件的门极信号,并进行超温故障显示。

当给出启动信号后,S M C控制器根据设定的启动曲线和采集到的电机实际启动电压、电流信号进行运算处理,连续输出调整晶闸管控制角的触发脉冲,从而连续改变晶闸管上的压降,进而改变电动机的启动电压,使电机按设定参数对应的曲线启动,达到软启动的目的。

当S M C控制器检测到电机运行转速接近电机额定转速时,S MC控制器发出#速度到达∃指令,可编程的触点动作闭合,控制旁路真空接触器B1合闸,切除三相晶闸管组件回路,使电机全压运行,电机的启动过程结束。

当电动机正常或故障停机时,发出停机信号,旁路接触器B1释放,切断电动机主回路电源,电动机停止运行。

3 监控系统设计选用PYFK 1/2000型风机监控系统,该风机监控系统由PLC控制柜(2个)、工控机监控站(2套)、润滑油泵站就地箱(2个)、液压泵站就地箱(2个)、风门就地箱(2个)、UPS主机柜和电池柜(各1个)组成,采用工控界最为成熟和典型的PLC+上位机监控模式和PLC+现场总线控制模式,针对互备的风机,构成互备的2套风机控制系统,而2个监控站则互为冗余。

系统还具有对高压系统进行遥测、遥控功能,极具先进性、可靠性和安全性。

为了确保PLC工控机和PLC的安全和可靠运行,为系统提供纯净稳定的控制电源,选用山特公司C6KS型在线式不间断电源(UPS)主机1个,外配1个装20个20Ah电池的电池柜,容量为6kVA,满载持续时间1h。

UPS电源的性能特点:(1)电压保护与谐波去除功能。

电源过压、欠压和瞬时失电保护,去除高次谐波。

(2)零时间转换。

停电或复电时,UPS在市电模式和电池模式之间的切换时间趋于零,有效保证了负载运行的可靠性。

(3)输入功率因数修正。

在满载时,输入功率因数在0 9以上,不污染电网。

(4)自动启动功能。

当输入电源异常,进入电池模式供电直到电源截止时UPS关机;当输入电源恢复时,UPS自动开机,正常供电。

(5)强力抗干扰。

针对电磁干扰与射频干扰,依循国际标准EN50091 2和(下转第67页)∀13∀2009年第7期 张立群:矿井大功率通风机电控系统的设计及应用 总第163期的落煤方法。

即在煤层松软时,采用风镐落煤回采;煤层坚硬时,采用放炮松动方式,松动煤体后再用风镐落煤;当工作面过断层、变薄区等需破岩时,采用放小炮、以炮助镐方法落煤。

(2)采空区放煤。

从采空区棚档内剪网口,自下而上、分段、间隔、多轮次循环放煤。

放煤口规格为300mm%300mm或500mm%500mm(大块煤难放处),放煤口间距在0 8~1 1m,距链板机不超过300mm;同时放煤间距不小于5m。

3 6 装运煤工作面开帮采煤时,SGB 630/75%2刮板输送机位于煤帮,放炮和人工采煤攉到刮板输送机;放煤时,刮板输送机靠近采空区,放煤流入刮板输送机后进入运煤系统。

3 7 各工序安全错距规定采煤分茬间距&5m,移架间距&5m;移架与打眼间距&5m。