煤矿机械设备电气自动化技术应用研究

曹振华

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司设计院， 山西 介休 032000）

1 电气自动化技术在煤矿机械设备中的应用

1.1 微机型差动保护装置的应用

随着计算机技术的快速发展，微机型差动保护装置在煤矿机械电气设备中得到了广泛采用。微机型差动保护装置主要利用数字算法保护机械设备的正常运行，且便于维护，接线简单。但应用期间需要测试微机型差动保护装置的采样精度与算法功能，且一般通过现场的差动保护实验完成。在微机型保护装置运行过程中，煤矿机械设备的变压器主要采用11点接线方式，且变压器差动保护最常采用Y/Y接线方式。

但此种接线方式会导致进入微机保护装置两侧电流相位差为30°，为了消除相位差，实现相位校正工作，必须采用差动实验将定值整定在内部软件。一是采用单相实验方法，差动保护实验接线如图1所示。根据图1可以看出，在制作A相比例制动曲线时，应在Δ侧加入A、C两相电流，且其相位差为180°，之后在Y侧加入A相电流，确保相位与Δ侧相差180°即可。这样便可以完成差动保护实验的接线工作。二是采用三相实验方法，在条件允许时可以进行三相实验，此时Δ侧输入电流相位与Y侧输入电流相位差不是180°，如表1所示[1]。

通过表1可知，单相实验与三相实验均在机电设备差动保护过程中得到了广泛使用，且效果良好。由实验结果可知，这两种方法具备可靠性，可以实现机械电气设备的差动保护，确保设备的正常运行。

1.2 变电站综合自动化系统的应用

一方面是供电系统，煤矿供电系统主要包括综合保护器、地面集控中心、监控分站以及传输通道等四个部分。其中综合保护器主要测控、保护供电线路与高压配电装置，且主要测量电流、电压、功率以及有功等因素。遥信主要判断断路器与各种保护信号的位置；遥控可以远程控制分合闸，并修改定值；遥脉主要通过电度表之间的通信实现远程集中抄表。作为供电管理系统的中间环节，监控分站具备连接作用，可以集成并转换现场设备信息，为设备提供相关自动控制数据。通过监控分站可以实现综合保护器与地面分站的数据控制，且传统通道主要连接各监控中心与变配电所，从而可全面反映系统的实际运行情况，在优化网络性能的基础上提高了网络的抗干扰性。同时，地面集控中心具备实施监测功能，可以实现报表与数据分析。

图1 差动保护实验接线图

表1 单相与三相实验电流相位对比表

另一方面是改良采煤机械，采用电气自动化技术可以有效改良机械设备。比如采煤机由中厚煤层型发展至大功率、薄煤层以及高效率的滚筒型；由无链液压牵引、有链牵引发展至变频调速以及电磁滑差的无链电牵引方式。液压支架高度由薄煤层与中煤层发展至厚煤层，支架由掩护式发展至两柱式高位放顶煤、两柱掩护地位放顶煤等形式。这些煤矿技术的发展均离不开电气自动化技术，其中应用最为广泛的为液压支架电液控制系统，且其属于提高煤矿综采工作面效率的关键技术，具体如图2所示。

图2 液压支架电液控制系统

2 变电站综合自动化系统在煤矿设备中的应用案例

煤矿设备运行的主要动力便是供电系统，实现变电站的自动化便可以确保机械设备电气自动化，下面针对一般规模煤矿，具体分析变电站综合自动化系统在煤矿生产中的应用[2]。

2.1 35 kV变电所基本情况

5 kV线路双回、6 kV出线X回、6 kV PT2回、35 kVPT2回以及2台主变压器均属于变电所基本设备，其保护与监控的微机综合自动化系统如图3所示。

为了满足煤矿机械设备的运转需求，35 kV线路以及主变压器采用集中组屏方式，并将后台监控系统安装至主控制室内。同时为每个开关柜装配6 kV保护装置，以便及时将信息传递至后台监控系统[3]。

2.2 变压器保护设备

为了满足变压器相间短路以及匝间短路等故障的安全应急需求，应为其安装差动保护装置MTPR-110SD以及综合测控装置MMCU-10和H，以对过负荷、过流等危险状况起到保护作用。同时还应对35 kV线路安装MLPR-10H2微机线保护装置，实现双母线或单母分段主接线的PT转换，对两段没有关联的母线进行有效监控保护。

2.3 后台计算机监控系统

将当前较为先进的珠海万力达的WLD2100变电站综合自动系统作为后台监控计算机系统，并采用隔层设计的监控保护单元，确保计算机可以全面采集煤矿开采现场的信息，并统计分析，记录安全事件，发出警报。

图3 变电所保护与监控微机自动化系统

3 结语

电气自动化技术涉及电子、电工、自动化以及计算机等多学科内容，其在煤矿机械上的科学应用可以确保煤矿机械设备的安全运行。在煤矿机械设备使用期间应用微机型差动保护装置、变电站综合自动化系统、遥测仪以及红外线设备等电气自动化技术不但可以提高矿井的生产效率，且还可提升生产的有效性，降低安全事故的发生几率。除此之外，应用电气自动化技术还有助于优化企业的生产模式，促进煤矿开采工作的顺利开展与企业的长期稳定发展。