煤矿井下抗灾潜水泵电控系统研究

党小炜　李超　李鹏云

摘 要 近些年来，我国煤矿井下透水事故时有发生，这些事故不但直接威胁着煤矿工人的生命安全，而且还会危害煤矿的建设和生产。所以煤矿井下水害是影响煤矿安全生产的重大问题之一，国家煤矿安全监察局、省煤矿安全监察局等部门对此高度重视，因此必须下决心有效地遏制煤矿透水事故的发生，并建立抗灾强排系统，在透水事故发生时，强行排水。为保证抗灾强排系统在透水事故发生时能可靠运转，抗灾强排系统的电控系统的可靠性也显得尤为重要。

关键词 抗灾潜水泵；电控系统；高压干式调压软启动柜

中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0071-02

矿井透水事故是危害面最大、影响生产时间最长的矿难事故。因此按照国家安全生产监督管理总局颁布2009年12月1日起施行的《煤矿防治水规定》第一百一十八条规定：受水威胁严重的矿井，应当实现井下泵房无人值守和地面远程监控，推广使用地面操控的潜水泵排水系统；《煤矿安全规程》（2011版）第二百七十三条之规定，水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门或在正常排水系统基础上另外安设具有独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵。

1 潜水泵配电系统

下面就本人近期设计的两个大型矿井的井下潜水泵配电系统进行详细论述。

1.1 文家坡矿井及选煤厂井下强排潜水泵配电系统

1）设备概况。矿井强排系统选用2台BQ1100-850/10-4000/W-S型矿用隔爆型潜水泵，2台同时工作。每台水泵配套隔爆电动机功率4000 kW，电压10 kV，同步转速1500 r/min。

2）配电系统。强排设备用电负荷等级为一级，所以配电系统采用双回路电源供电。由于潜水泵配套电动机功率较大，若采用直接启动对上级电源冲击太大，所以考虑选用两台高压干式调压软启动解决潜水泵启动问题。

强排潜水泵配电室设在本矿井风井场地排矸立井井口附近，强排潜水泵配电室内安装10台KYN28A-12型高压开关柜（2台进线柜，2台PT柜，1台隔离柜，1台联络柜，2台所用变柜，2台高压干式调压软启动柜），2台所用变柜为强排潜水泵配电室内控制设备提供AC380V低压电源，2台高压干式调压软启动柜直接向强排潜水泵供电。高压配电系统采用单母线分段结线形式。

强排潜水泵配电室双回路10 kV电源进线均选用2×（YJV22-8.7/10kV 3×120 mm2）的电缆引自风井场地35 kV变电站10 kV不同母线段，由强排潜水泵配电室至强排潜水泵的电缆选用MYJV42-8.7/10kV 3×150 mm2，沿排矸立井井筒及井下巷道敷设至井下强排潜水泵（供电距离小于2 km）。

本配电系统选用的高压干式调压软启动柜可与KYN28A-12型高压开关柜共母排并柜布置，采用一体化高压干式调压软起动装置（非水电阻、磁控、磁阀、电磁调压、可控硅（晶闸管），即高压开关柜、运行旁路柜、软起动柜三柜合一。三柜合一设计方案减少了配电系统的级数，能有效提高系统运行的可靠性。

高压干式调压软启动柜具备以下基本性能，为大容量强排潜水泵的启动、运行提供了强有力地支持：采用干式调压装置，通过设定起动电流大小改变阻抗值，使阻抗值无级、平滑减小，电动机端电压均匀提高；具备起动最大电流可预置，起动电流可控；重复性：初始阻抗稳定，保证多次起动性能的稳定性和可重复性；调整性：起动时间、起动电流、阻抗值等参数可根据工况现场及负载情况调整；控制性：阻抗值可按最佳转矩、最小起动电流改变，起动过程完全受控，同时电网起动压降也得到有效控制；起动过程平滑，有必要的手段确保起动一次成功并且起动运行切换二次无冲击，不受电网电压波动和负载变动影响；电动机起动时，干式调压软起动装置能够自动投入；起动完毕后，起动装置能够自动退出。

1.2 龙王沟矿井及选煤厂井下强排潜水泵配电系统

1）设备概况。矿井强排系统选用2台BQ550-650/17-1600/W-S型矿用隔爆型潜水泵，2台同时工作。每台水泵配套隔爆电动机功率1600 kW，电压10 kV。

2）配电系统。强排设备用电负荷等级为一级，所以配电系统采用双回路电源供电。由于潜水泵配套电动机功率不大，且本矿井上级电源容量大，所以本矿井强排潜水泵采用直接起动。

强排潜水泵配电室设在本矿井工业场地主斜井井口，与主斜井驱动机房配电室联建，强排潜水泵配电室内安装6台KYN28A-12型高压开关柜（2台进线柜，1台PT柜，1台所用变柜，2台电动机馈线柜），1台所用变柜为强排潜水泵配电室内控制设备提供AC380V低压电源，2台电动机馈线柜直接向强排潜水泵供电。高压配电系统采用双电源进线闭锁单母线不分段结线形式。

强排潜水泵配电室双回路10 kV电源进线均选用YJV22-8.7/10kV 3×120 mm2的电缆引自主井场地110 kV变电站10 kV不同母线段，另一回路AC380V备用电源引自主斜井驱动机房配电室AC380V低压母线。由强排潜水泵配电室至强排潜水泵的电缆选用MYJV22-8.7/10kV 3×120 mm2，沿主斜井井筒及井下巷道敷设至井下强排潜水泵（供电距离小于1 km）。

1.3 配电系统总结

电源必须符合一级负荷的供电要求（高低压电源均为双回路）。潜水电泵可以全压（直接）起动，也可降压起动。原则上，在全压起动条件满足时，要采用全压起动，因为全压起动是最简单、最可靠、最经济的起动方式。但全压起动起动电流大，在配电母线上引起的电压下降大。

当全压起动条件不满足时，可考虑采用降压起动方式。降压起动的方式有：电抗器降压起动、自耦变压器降压起动、软起动（可控硅固态软起动、水电阻软起动）、星三角降压起动。目前多采用固态软起动，优点是可提供平滑无极的加速和可控制的减速，起动时避免过冲，停车时避免水锤现象。endprint

2 潜水泵控制系统

文家坡矿井及龙王沟矿井的强排潜水泵控制系统均选用自动控制、计算机信息网络、实时在线检测、数据库及专家智能软件等先进技术组成三级或四级分布式自动化控制系统，系统软件使用智能控制软件平台，配套使用潜水泵专用综合保护仪HD-200KS，配合视频电视监控系统，使泵站运行做到“无人值班、少人值守”，更进一步保证了水泵的可靠性、安全性，优化水泵运行，实现机、电、仪三位一体。实现对矿井泵站运行过程自动优化控制、安全联锁保护和综合信息管理。

控制系统共设2台操作站计算机，互为冗余配置，放置在井上控制室；高压开关柜、控制主机放在地面配电室。控制主机1套，完成电机温度、流量、压力、水位、电流等各参数的检测及潜水泵启停控制。

水位传感器、压力传感器等安装在井下。控制主机包括PLC、网络设备、串口服务器等，除完成水泵的控制和参数采集功能外，还可以实现与HD-200KS潜水泵保护仪、高压开关综保等设备的通讯。

在水仓设投入式液位计3只，实时监测水仓水位；潜水泵出口设压力变送器1只，监测出水口压力，在井上出水水管上设流量计1只，测量排水流量。

控制方式可分为：远程自动、手动、就地集中控制方式。

远程自动：在上位机上选择此方式，水泵根据液位自动启动，即恒液位控制。

远程手动：在上位机上选择此方式，鼠标选择相应水泵-点击启动-再确认。

就地集中：在高压柜上选择此方式，按下相应水泵启、停按钮，一键式完成水泵开、停。

3 设计时需要考虑的其他问题

1）影响电动机起动有线路压降、配电母线压降、电动机端子压降等几个因素。这里对压降计算不在赘述。

《GB/T 12325-2008电能质量供电电压偏差》中规定：35 kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%；20 kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%；220 V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。

《GB 50055-2011 通用用电设备配电设计规范》中规定：电动机起动时，其端子电压应能保证机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。

2）控制信号的传输。对于控制信号能否在长的距离工况下稳定工作，一直困扰着设计人员，于是针对长距离（1-2 km）信号传输做了一系列试验。

①长距离PT100温度传感器信号衰减试验结论：三线制传输的信号与实际的温度差值恒定，利用软件可消除误差；四线制传输的信号衰减很小。

②长距离接近开关信号衰减试验（加直流24 V电源）结论：信号衰减不大，能够驱动中间继电器，并使PLC能够得到反馈信号。

以上试验证明，2 km以内潜水泵相关控制及监测信号的传输可满足地面自动控制的要求。若超过2 km的信号传输，没有相应的试验或应用实例，可在保证安全的前提下，建议在上部水平电控室内加隔爆PLC分站的方式进行信号传输。

4 结论

在矿井发生透水事故时，强排潜水泵能大大提高井下工人的逃生几率，因此选择高可靠性的配电系统及技术先进的控制系统以保证强排潜水泵的可靠运转是非常必要的。

参考文献

[1]孙林艳.煤矿应急强排系统配电及控制设计体会[J].城市建设理论研究，2012（13）.endprint