矿井风机双回路快速切换装置的研究应用

曹国星

（西山煤电集团公司 机电处，山西 太原 030053）

主通风机作为煤矿供电的一类设备，供电的可靠性尤为重要。短时停电导致的风机停机，对于高瓦斯矿井来说很危险，可能引起井下部分区域的瓦斯积聚。我国煤矿安全规程规定，当主通风机突然停机时，必须保证在10min内恢复向矿井供风。而主通风机房的停电故障大多是因为上级变电站的失电或是供电线路的故障引起，针对这些故障需要寻找一种快速的回路切换装置，保证风机供电的可靠性。

1 主通风机房供电概况

西山煤电集团西铭矿磺厂风机房为双回路供电，实行分列运行方式，母联开关处于热备状态，日常运行中，磺风一回路带一号风机，磺风二回路带二号风机，两台风机一台运行，一台备用，磺厂风机房使用的是FBCDZ-8-NO28对旋轴流通风机，风机的功率为2×450kW.

2 主通风机房发生停电事故后应急操作

当运行的主通风机供电线路发生故障引起失电停风故障时，机房的值班人员可根据情况进行应急操作。1）倒机法。值班人员启动备用风机，但在倒机过程中，需要关闭故障风机的风门，开启备用风机风门，对备用风机开关进行合闸，这一过程时间约为8 min，时间较长。但倒机法较为稳妥，不会受停电事故影响。2）倒回路法。值班人员只须分故障回路开关、合机房母联开关，使用备用回路带风机运行。这一过程时间约为3min，时间较短。但值班人员必须对事故进行分析。如为上级变电站或供电线路故障引起的失电，可进行倒回路操作。如为机房内部设备故障引起的失电，不可进行倒回路操作，否则将引起事故的扩大。

3 快速切换装置信号采集控制图

磺厂风机房快速切换装置信号采集控制简图见图1.

快切装置采集电量信号：进线柜及母联柜电流信号，两母线段电压信号。快切装置采集开关位置信号：进线柜及母联柜断路器位置信号。快切装置远程控制开关出口：进线柜及母联柜控制分合闸出口。

4 快速切换装置动作原理

磺厂6kV风机房安装了1台MFC5103快切装置，当风机运行回路的进线发生故障时及时启动快切装置，跳开故障段进线开关，快速合上母联开关，使用备用回路带风机运行，实现风机房的“零停电”。但母联开关不能随意合闸，如备用电源与母线残压的相角、频率、电压不符合并联的条件，有可能引起电源的冲击。同时该风机房进线保护装置上引入电流闭锁接点，当发生区内故障时闭锁电源快切装置。

图1 磺厂风机房快速切换装置信号采集控制简图

4.1 切换装置的启动

快切装置通过进线柜中的电流互感器、母线段的电压互感器，采集回路的电压、电流、频率信号，通过进线柜中的断路器的辅助节点判断开关位置，当回路失电后，电网中的频率、电压、电流逐步降低，当降低到设定的较低定值时，表明母线已经脱离电源，快切装置就会启动，立即跳开故障侧进线开关。

4.2 快速切换的原理

当快速切换装置启动后，运行进线柜开关迅速断开，但是因为风机负荷为2×450kW 交流电动机，电动机失电后将惰行，电动机的反馈电压反映在母线上，母线段的残压、频率将逐步降低。两电源并联的条件为频率差、相角差、电压差必须相近，符合装置设定的定值。某电网母线残压示意图见图2.

图2 母线残压示意图

当运行进线柜开关断开后，母线电源残压开始于A点，母线频率、相角与备用回路相近，电压衰减较少，电动机转速下降较少，如果在此点附近母联柜合闸，母线失电时间较短，约为0.2s，就能在风机未“停止”的情况下实现电源的快速切换。

当运行进线柜开关断开后，母线电源衰减至B点，母线相角与备用电源再次相交，电压衰减至约65%～75%，电动机转速下降不大，如果在此点附近母联柜合闸，母线失电时间较短，约为0.6s，虽然在此点附近区间电压、频率下降较多，但电动机能迅速恢复运行。

当运行进线柜开关断开后，母线电源衰减至C点，母线相角与备用电源再次相交，电压衰减至约20%～40%，电动机转速下降很大，如果在此点附近母联柜合闸，母线失电时间较长，约为1s.

由上可知，快速切换装置动作越快，时间越短，对主通风机的安全运行影响越小。

4.3 快速切换的基本逻辑判断

快速切换装置的基本逻辑判断图见图3.快切装置启动后应跳开失电侧进线开关，检查是否符合快速切换条件，当条件满足时，快速合上母联开关，使用备用回路带两段母线。如不符合快速切换条件，装置则继续跟踪残压、相角、频率变化，当与备用回路差值符合装置设定的定值时，发出合闸指令，实现回路的切换，这就是快切的同期捕捉功能。

图3 快速切换装置的基本逻辑判断图

5 装置硬件简介

MFC5103快切装置由CPU控制，通过CPU完成测量、逻辑、切换的主要功能，完成打印、记录、通讯的辅助功能。硬件系统构成系统图见图4.

6 结 语

图4 硬件系统构成系统图

磺厂风机房安装了快速切换装置后，进行了模拟故障断电试验，效果良好。当遇到风机主供线路发生故障时，装置快速切换功能准确，动作灵敏可靠，能够迅速投入备用回路，实现了风机房的“零停电”，从而保障主通风机的连续运行，提高了高瓦斯矿井供风的安全可靠性。

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