矿用隔爆型高压电源转换装置的设计

刘少兵

(山西潞安煤炭技术装备有限责任公司，山西 长治 046204)

漳村煤矿井下主运输胶带采用双回路高压启动器进行启动，主胶带由两部电机进行驱动，每部电机有两台高压启动器，一用一备，但是由于电机接线喇叭嘴结构限制，每台电机正常运行只能有一根电缆连接高压启动器，一台高压启动器出现故障后，另一台启用的话需要重新连接电缆，费时费工，严重影响井下生产。矿用高压电源转换装置作为中间件转换，将两台高压启动器和电机进行有机连接，可以保证在回路断电或高压启动设备故障时，不必重新连接电缆，实现不停机转换，保证主运输胶带正常运行。

1 目前运行工况分析

漳村煤矿井下主运输胶带的两个电机M1和M2规格为630 kW/6 kV，分别由两个回路上的高压启动器连接启动，见图1。正常运行时，一回路启动器启动M1，二回路启动器启动M2，当某一回路断电或某一启动器故障时都会造成电机断电，主胶带输送机停机。如需排除故障保证主胶带输送机正常运行，需要更换供电回路或更换启动器，无论哪种方式都需要工人将断电电机的电缆重新接线，连接电缆费工费时，影响胶带输送机正常运行。

2 高压电源转换装置设计

针对漳村煤矿主胶带供电工况分析，如果在两台高压启动器及电机之间增加电源转换装置，即可避免供电系统故障状态下工人重新连接电缆的问题。但经过调研，目前国内没有“免接线”高压电源装转换装置，因此综合研判漳村煤矿及其它矿井井下供电系统工况设计了一款矿用隔爆型高压电源转换装置[1-2]。

图1 常规主运输胶带机供电系统示意

2.1 高压电源转换装置的设计重点

1) 运行可靠的高压隔离转换开关。该装置设计是保证高压供电可靠的关键，需要有灵活可靠的机械转换结构、足够的机械强度以及介电强度，满足雷电冲击、工频耐压试验及绝缘水平。

2) 严格的电气闭锁逻辑控制。高压电源转换装置作为4台高压启动器同2台电机之间的“两个回路-两设备”之间的电缆和电源连接转换，涉及到供电系统两回路之间、高压启动器之间以及高压电源转换装置与高压启动器之间的互相闭锁关系，可靠、合理的逻辑控制是该产品设计的关键。

2.2 一次电气原理图设计

图2为高压电源转换装置一次电气示意，该装置内安装两台高压隔离开关Q101和Q201，每台隔离开关输入侧可与两回路进线连接，两回路经转换装置的1号隔离Q101和2号隔离Q201号隔离输出至两个电机。

图2 高压电源转换装置一次电气示意

2.3 二次电气原理图设计

图3为高压电源转换装置二次电气原理。

1) T1电压互感器一次接隔离Q101和 隔离Q201的输出侧，保证任何一个隔离的任何回路，只要处于通电输出状态都可以监测其电压值，二次回路输出100 V和42 V，100 V接双电源模块用于PLC供电，42 V用于电压取样；

2) L1、L2、L3电流互感器输出1 V，用于主电路电流采集；

3) PLC保护器，24点CPU模块 RPC2107的额定工作电压为220 VAC，具有14路24 VDC输入通道及10路继电器输出通道；

4) 双电源模板RPC2700，接收两个电压互感器传输过来的100 V交流电，将其整流输出至PLC提供电源。

图3 高压电源转换装置二次电气原理

2.4 电气闭锁逻辑控制

1) 正常运行时，如果需要将隔离断开，这时隔离机械闭锁要求必须按下急停按钮，该按钮具有电气闭锁功能，将上级高压启动器分闸断电，隔离进线失电，电机失电，避免高压电源转换装置的隔离开关带负荷分闸产生电弧，从而烧毁设备。

2) 正常送电操作时，隔离开关必须合闸至1回路或2回路，这时1回路或二回路上的高压启动器才能合闸送电，保证隔离开关进行合闸操作后高压启动器才可以进行合闸送电，避免高压电源转换装置的隔离开关带负荷送电。

3) 正常送电操作时，隔离开关合闸至一回路时，必须确保上级二回路上的高压启动器无法合闸送电；隔离开关合闸至二回路时，必须确保上级一回路上的高压启动器无法合闸送电。总之隔离开关一个回路带电运行时，另一回路启动器无法合闸，保证隔离开关进线侧始终只有一个回路带电运行，该产品进行分腔设计，共有进线腔、出线腔、本体腔、隔离腔。

3 高压电源转换装置供电原理

增加高压电源转换装置后的供电系统见图4。

图4 高压电源转换装置供电示意

一回路的两个启动器Q11和Q12分别接转换装置的Q101和Q201隔离的一回进线，同样二回路的两个启动器Q21和Q22分别接转换装置的Q101和Q201的二回进线，转换装置的两个出线分别接两个电机M1和M2。正常运行时Q11经Q101隔离的一回路进线带M1电机，Q22经Q201隔离的二回路进线带M2电机。当1回路断电时，Q11失电，Q101号隔离一回路失电，M1电机失电，这时，转动转换装置的Q101号隔离的手柄将隔离开关转至2号位置，并且启动Q21，Q101号隔离2回路带电，Q21经Q101号隔离的二回路启动M1电机，从而实现不停机转换，其他情况亦然。

4 结 语

1) 矿用隔爆型高压电源转换装置内部由两台隔离开关组成，每两台隔离开关之间有可靠的机械连锁和电气连锁。当常用电源(常用回路)出现故障时，手动切换隔离开关，将常用电源切换至备用电源(备用回路)，缩短了重新接线的时间，不仅给煤矿的生产提供了产量保证，而且防止了人员高压接线的安全隐患。

2) 矿用隔爆高压电源转换装置适用于煤矿井下高压10(6)kV的进线双电源四回路供电系统中，可以完成电源之间和回路之间的相互切换，用于不允许断电的重要场合，矿用隔爆型高压电源转换装置的设计与应用，为煤矿井下重要的高压负荷提供一种稳定的供电保障，可大大减少事故发生率，保障煤矿企业高效生产。