掘进机漏电保护设计探讨

李晓芬

【摘要】在煤矿系统中，应用着越来越多的煤机设备，掘进机是近年煤机市场的新亮点。煤矿是一个防爆环境，因设备漏电带来的安全问题显得尤为重要。

【关键词】煤机 掘进机 漏电 漏电保护

近年来，随着我国的综合国力在不断增长。煤矿系统中，各种煤矿机械得到广泛应用，掘进机是这类机械中的亮点。煤矿属易燃易爆高危环境，国家安监部门对煤矿机械设备，有着明确的要求。煤矿机械首先是必须满足防爆要求，同时应能保障人身安全。

1掘进机简介

掘进机是一种能实现连续切割、装载、运输作业的机械。由截割部、铲板部、第一运输部、本体部、行走部、润滑系统、液压系统、水系统、电控部组成。它的工作特点是，掘进机首先可以自由行进，在行进过程中，安装有截齿的截割头转动，再由截割部带动截割头上、下、左、右摆动完成切割动作，铲板部将截割下来的材料收集、装载，再由运输部完成向后方运送。掘进机在液压、电控系统控制下，精确配合，协调一致，轻松灵活地完成掘进作业。适用于煤巷或半煤岩巷以及软岩的巷道掘进，也可在铁路、公路、水力工程等隧道施工中使用。

2漏电检测时机及流程

掘进机工作时，需要强劲的动力。其中截割电机、油泵电机功率一般为几十、几百千瓦。工作电压为1140V。掘进机整机是按防爆要求设计的。它的各种保护设计比较完善，既有电源过电压、过电流保护，也有漏电保护，同时在工作时还能进行瓦斯浓度检测。这里仅探讨掘进机漏电安全保护问题，以期保证作业人员的人身安全。

煤矿中提供的电源通常采用1140V电源。L1、L2、L3、PE。煤矿的电源系统一般为IT电源系统，也即中性点不接地。设备的外露可导电部分经各自PE线分别接地。这种电源系统的运行特点是：

当发生一相接地故障时，其三相电压无论其相位和量值均维持不变。当发生一相接地故障时，另两个完好相的对地电压要升高为线电压。对1140V电源，是指其任意两相之间的线电压为1140V。当其中一相接地故障时，另外两个完好相的对地电压要升为线电压，也即1140V。

采用这种电源系统供电非常有利于煤机设备的安全运行，但同时也对煤机设备提出了更高绝缘性能的要求。人体所能承受的电流为30mA。由此可以推算出单相电源相对于壳体的绝缘电阻应不小于1140V/30mA=38kΩ，正因为如此，MT/T682-1997-5.6关于漏电闭锁的规定，掘进机绝缘电阻为40kΩ。在判定时，允许其有上、下10%的波动。

为了煤矿、人身安全起见，掘进机每次上电工作时，首先进行自身设备的漏电检测。如果检测到某一回路绝缘性下降到40kΩ以下时，则该设备不允许起动运行，也就是所说的漏电闭锁功能，同时在控制屏上给出相应的报警提示。

下面我们以掘进机的截割电机回路为例，来说明电控系统是如果何进行漏电绝缘检测的。

从图示中可以看出，D24通过一个测试截割电机漏电情况的继电器触点、一个真空接触器的常闭触点与主电路真空接触器的下口的2号触点相连。当截割电机正常工作时，真空接触器的常闭触点断开，D24与主电路是断开的。0为24V直流电源负极。

电控箱中的控制器为西门子S7-200型，模拟量扩展模块EM231，此处的接线图如图2所示。

其中，B+、B-为模拟量输入口。图3为截割电机漏电检测的等效电路。图3中的所示意的40kΩ电阻是虚拟的，在设计时绝缘电阻以40kΩ计算。实际测量中它是该回路中的实际绝缘电阻。

掘进机在上电后即立即进入自检状态，首先对油泵电机、截割电机高速、截割电机低速等回路逐一进行漏电检测。当某一回路绝缘电阻不满足要求时（小于40kΩ），在其显示屏上会有相应的报警提示信号，并锁定掘进机使其不能进入工作状态，以保证人身安全。

掘进机在截割电机回路漏电检测时，首先由控制器经0.5S延迟后发出控制指令使截割电机漏电检测继电器KA动作，继电器KA触点闭合。此时截割电机的真空接触器为不工作状态（即截割电机不通电），其常闭触点为接通状态，D24直流电压加到截割电机主回路上。图3为截割电机漏电检测的等效电路，由此可知，如果截割电机处绝缘电阻是40kΩ时，EM231模块的B+端子处的电压应为24*1/（40+1）=0.59V。也就是说当B+端子处所测得的电压为0.59V时，截割电机处的绝缘电阻为40kΩ。

由此可知所求绝缘电阻值算法为：24*1/B+端子处的电压-1（kΩ）。

如果所求得回路的绝缘电阻即大于40kΩ，说明符合绝缘要求，控制器转而进入工作状态扫描程序。否则该回路绝缘电阻为不合格，控制器将锁定掘进机使其不能进入工作状态。

3结语

安全检查在煤矿系统中是非常必要的。漏电检测是其中不可或缺的一项，随着时代的发展，掘进机的漏电检测技术必然会进入一个新的阶段。

参考文献：

[1]MT682-1997.悬臂式掘进机电控设备系列与参数，煤炭行业标准.

[2]西门子S7-200技术手册.