隔爆高压软启动设备在煤矿井下的应用.docx

隔爆高压软启动设备在煤矿井下的应用隔爆高压软启动设备在煤矿井下的应用随着煤炭市场的变化，许多煤矿需要进行改扩建，井下用电负荷成倍增长，但由于已经形成地面供电系统容量小，往往难以满足井下大功率(1000kW 以上)高压电机的启动要求。老矿区矿井电源大多为 6kV(有些矿井本身没有 35kV 以上的变电站)，由于原有地面的高压设备(变压器、主提升机等为 6kV)限制了改造供电系统升压(升为 10kV)的实现，建设 35kV 以上的变电站将增加大量投资，只有改造原电源供电线路。有时即使将电源供电架空线路截面增至 2x240 m 扩，仍然不能满足井下大功率高压电机的启动要求。唯一办法就是井下大功率高压电机降压启动。长期以来，井下一直没有隔爆型高压启动设备，即便是可直接启动的高压电机也是用隔爆真空配电装置中的真空断路器来控制高压电机的启、停，给瓦斯突出矿井井下高压电机的配电带来困难。针对上述情况，在江西沿涌、河南梁北等矿井(上述矿井均为瓦斯突出矿井)井下主排水泵供配电设计中，采用了隔爆高压软启动设备(一拖二或一拖三)，解决了主排水泵的启动问题，同时又减少了机械冲击，延长了设备寿命。以江西沿涌矿井为例，该矿井电源电压为 6kV，由矿区 35 kV 变电站至地面变电所的距离为 1.6 km，井下有 3 台 1120kW 主排水泵，井下总负荷计算容量9300kVA，将电源供电架空线路截面增至 2x240m 时，下井电缆截面增至 240mm2,井下 1120 kW 主排水泵电机直接启动时电压降达到 20%以上，不满足电压降(10%15%)的要求。考虑到井下主排水泵供电的可靠性，选用了 2 台一拖二隔爆高压软启动设备，向井下主排水泵供电，满足了主排水泵的启动。主排水泵供配电系统(以一段母线为例)如图 1 所示。一拖二或一拖三隔爆高压软启动设备由软启动装置、智能开关装置、控制装置(包括 PLC 可编程控制箱、就地操作控制显示箱)3 部分组成。每台水泵均由软启动装置按顺序启动，第 1 台水泵启动后达到全速后，由 PLC可编程控制箱通过智能开关装置转换到其配电开关上，并断开 1 号开关，切断第 1 台水泵电机与软启动装置的连接，然后软启动装置再启动第 2 台水泵，断开 1 号开关。最终各台水泵电机均由智能开关装置转换到各自的配电开关上，整个启动过程均由 PLC 可编程控制箱控制。整套软启动设备均为矿用隔爆型。隔爆高压软启动装置系统框图如图 2 所示，分为主电路、反馈电路和控制电路3 部分。其主电路是由串联在电动机三相定子绕组中的反并联连接的晶闸管组组成，而由于耐压的要求，在 6 kV 主电路中，晶闸管由 3 组串联，6 只晶闸管组成一相的反并联组。启动时，根据计算机内设定的启动曲线，智能马达控制器根据采集到的电动机实际启动电压和启动电流信号进行运算处理(速度环、电流环)，使电机按设定的启动曲线启动，达到软启动的目的。软启动装置具有电动机过载、过压、欠压、电压不平衡、相序、失速、堵转、启动过频、过热等保护功能。驱动模块通过光纤与计算机接口模块连接，从而接收智能马达控制器发出的指令，采用光纤连接大大提高了装置的抗干扰能力和了装置的可靠性。计算机接口模块的功能有: 向三相驱动模块 SPGD 传递计算机发出的指令;采集主回路电压反馈信号; 接收智能马达控制器发出的指令; 具有 485 通信接口。启动模式有软启动、可选择的突跳启动、限流启动、双斜坡启动等，本文仅介绍适合水泵启动的软启动模式。这种模式应用很普遍，给电机一个初始转矩，这个转矩用户可以在转子转矩 0 到 99%间调整。从初始转矩开始，在加速过程中，输出电压逐渐升高。加速时间用户可在 030 s 内调整。在加速过程中，当系统检测到电动机达到了额定状态，输出电压自动切换到全压状态，同时旁路接触器吸合。电机启动过程特性如图 3 所示。使用隔爆高压软启动装置有如下优点: 减少启动过程中的冗余转矩，最大限度地消除设备在启动和停车过程中对系统的机械冲击，延长了设备使用寿命;最大限度地消除设备在启动过程中对电网的冲击; 友好的人机界面，方便用户参数设定和故障诊断; 具备兼容的网络集成接口(如 RS232/422/485);具有电动机过载、过压、欠压、电压不平衡、相序、失速、堵转、启动过频、过热等保护功能; 具有三相电流、电压、功率因数、运行时间等的监测功能。随着井下采煤技术水平的提高，煤矿井下用电负荷成倍增长，特别是改扩建矿井，原有输电线路难以满足井下大功率高压电机的直接启动，采用(一拖二或一拖三)隔爆高压软启动装置，由软启动装置控制井下大功率高压电机是可行的，既节约了新建 35 kV 以上变电站的大量投资和时间，又满足了井下大功率高压电机的启动要求。所以，对于改扩建矿井，井下大功率高压电机采用(一拖二或一拖三)隔