浅析煤矿主通风机房直流电源系统改造

李伟

【摘 要】以杨柳煤矿主通风机房为例，在现有HYZ系列直流屏的基础上，再增加一套备用直流电源，提高应对直流屏故障或损坏等风险的能力，确保主通风机安全、稳定运行。

【关键词】主通风机；直流屏；整流电路；电容滤波

0.引言

直流屏是直流电源操作系统的简称。高压开关柜的电力操作电源现今采用的都是直流电源，它为控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷等提供电源，是当代电力系统控制、保护的基础。直流屏作为一个独立的电源，它不受系统运行方式的影响，主要为高压开关柜的直流操作机构的开关分、合闸，保护、控制回路，事故跳闸，应急照明等提供直流电源。

1.现状分析

直流屏的组成：

直流屏由交配电单元、充电模块单元、降压硅链单元、直流馈电单元、配电监控单元、监控模块单元及绝缘监测单元组成。

杨柳煤矿主通风机房高压开关柜的电力操作电源采用的是HYZ系列直流屏，其输入额定电压：AC380V，三相四线制，两路电源输入；输出额定电压：DC220V；输出电流：控制母线（KM）5A。该直流屏电压失真度小、效率高、稳压稳流精度高、纹波系数小、稳定可靠。

如果直流屏交配电单元或充电模块单元等出现故障或损坏，就会使高压开关柜直流操作机构的开关分、合闸，保护、控制回路、事故跳闸等立即失去直流操作电源，导致造成矿井主通风机停机事故，如果不能短时间内手动启动风机，就会造成矿井瓦斯超限事故，严重影响矿井安全生产，这一点在杨柳煤矿（高瓦斯矿井）显得尤为重要。

针对上述直流屏这种情况，可以考虑增加一套备用直流电源，确保在直流屏出现故障或损坏时能保证不间断供电，确保主通风机运行可靠、安全。如果再安装一套直流屏装置作为备用电源，其成本较高，同时造成资源浪费，基于增加备用直流电源这个思路，综合考虑成本、安全可靠性，确立了对现有直流屏装置进行改造的方案，为其增加一路直流电源。

2.改造思路

（1）利用主通风机房现有的U1=AC220V电源，按照图1进行接线，可得变压器二次侧U2=AC170V。

整流电路的输出电压不是纯粹的直流，波形中含有较大的脉动成分，为获得比较理想的直流电压，需要并联一个具有储能作用的电抗性元件如电容器（450V、470uF）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。

如图2所示，设初始时电容电压UC为零。接通电源后，二极管导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流，输出电压的波形是正弦形。在t1时刻，即达到u2峰值时，U2开始以正弦规律下降，此时二极管是否关断，取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。

先设达到90°后，二极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电，从而维持一定的负载电流。但是90°后指数规律下降的速率快，而正弦波下降 的速率小，所以超过90°以后有一段时间二极管仍然承受正向电压，二极管导通。随着U2的下降，正弦波的下降速率越来越快，UC 的下降速率越来越慢。所以在超过90°后的某一点，如图2中的t2时刻，二极管开始承受反向电压，二极管关断。此后只有电容器C向负载以指数规律放电的形式提供电流，直至下一个半周的正弦波来到，U2再次超过UC，如图2的t3时刻，二极管重又导电。以上过程电容器的放电时间常数为：τd=RC.

电容滤波一般负载电流较小，可以满足td较大的条件，所以输出电压波形的放电段比较平缓，纹波较小，输出脉动系数S小，输出平均电压UO（AV）大，具有较好的滤波特性。

整流后加上滤波电容在不带负载时电压因为加上滤波测得的电压是含有脉动成分的峰值电压，加上负载后就是平均值，计算：峰值电 压=1.414×理论输出电压，u0=uC==216.3v，电路输出维持一个恒定值。

（2）将经过整流、滤波的直流电并联在直流电源母线+KM、-KM上，作为备用电源；同时，为了确保主、备两套直流电源的互不干扰，在两套输入直流电源输出端各增加两个二极管，利用二极管两端承受反向电压时，处于截止状态，能保证任一直流电源损坏时或短路时，直流母线的电压不变，确保系统不间断供电，提高主通风机运行的可靠性。

3.效果分析

针对主通风机房直流电源系统改造，增加备用电源系统，让主通风机直流电源实现双保险，上述改造思路简洁、清晰，经过较长时间的实施使用及检测，效果良好，提供的电源稳定、波动小；同时这套备用电源装置成本低，作为备用电源日常检修、维护力度小。 [科]