主排水泵控制开关电流保护设计及应用

李 佳

（山西潞安矿业有限责任公司漳村煤矿， 山西 长治 046000）

引言

《煤矿安全规程》规定，在煤矿井筒开凿到底后，应当先施工永久排水系统。水害作为煤矿的灾害之一，在采区施工前，必须先建立排水系统，而主排水泵作为排水系统的核心设备，在设计和运行中有着严格的要求。煤矿中主排水泵一般使用多级离心泵，除正常运行的损耗外，水泵空转是对水泵本身伤害最大的因素，而造成水泵空转最大的原因是人为因素。在水泵运行期间，水泵司机巡查不到位，未巡查水仓水位和电流，但水泵本身又没有防止水泵空转的设施和保护，就很容易造成水泵空转，严重情况导致水泵烧坏。水泵的控制开关主要保护的是水泵电机和人身安全，其主要保护有：短路、过流、过载、漏电。在主排水泵的整个保护中，没有防止水泵空转的保护和设施，主要是靠水泵司机的巡查、观察水位或电流值等来启停水泵。所以需要针对主排水泵空转进行保护设计，这样在主排水泵空转时，能及时断电，继而防止水泵烧坏，提升主排水系统的可靠性。

1 主排水泵的重要性

主排水泵作为煤矿的五大件之一，属于煤矿一类负荷，它的正常运行关系着矿工的生命安全和煤矿的经济财产、正常生产，对矿井的作用至关重要。主排水泵在空转情况，对水泵的损害是致命的，如何避免水泵空转，减少损害，从控制开关的保护着手，从源头进行控制。

在此次的论文设计过程中，主要针对主排水泵空转时控制开关的保护动作，分析研究主排水泵的电流运行变化，在控制开关原有的保护器上进行研究设计的低电流保护。

2 事故经过

漳村煤矿中央泵房共有7台主排水泵，主排水泵房供电回路控制开关为BGP50-6型高压真空配电装置，开关保护器为ZBT-11型高开综合保护器。某中央泵房主排水泵型号为MD280-65*7型多级耐磨离心泵，使用电机为YB2-4504-4型隔爆三相异步电动机，额定功率710 kW，额定电压6 kV，额定电流83.1 A，水泵额定排量280 m3/h，额定扬程455 m，必须气蚀余量3.7 m。2015年7月，某中央泵房值班员在零点班值班期间，巡查水仓水位升起来后，正常启动6号水泵，运行电流62 A。水泵运行期间，值班员疏忽大意，未按规定每小时巡查一次，未能及时发现水仓水位下降，运行电流低于50 A，造成巡查不到位，水泵空转达半个小时，导致水泵损坏，造成重大经济损失[1-2]。

3 控制开关保护器的主要保护功能

如下页图1所示为保护器硬件原理框架图。

主排水泵高压控制开关的保护主要有：短路保护、定值限过流保护、过载保护、漏电保护、低（欠）电压保护、过电压保护、零序过压保护等。

一般的高压开关电流保护为三段式电流保护，包括短路保护、过流保护、过载保护，主要是用于保护电机不被大电流烧坏，没有低电流保护。而主排水泵在空转情况下，电流远低于电机的额定电流，不会损坏电机，但长时间的空转会烧坏水泵，且控制开关的保护不会动作。

4 电流保护的设计及应用

本次电流保护的设计是基于ZBT-11型高开综合保护器，保护器采用32位高性能嵌入式处理器ARM作为CPU，程序存储采用FLASH存储器。采用模块化的程序设计、嵌入式实时多任务操作系统的软件平台，能灵活增减功能模块。

在主程序中写入低电流跳闸程序，电流整定（二次侧电流值）的范围为0.01～99.99 A，电流时限0.01～99.99 s。程序编程完成后，将程序存储到FLASH存储器。对于需要使用低电流保护的设备，只需把开关内保护器的存储器进行更换，不需更换整个保护器，节约成本的同时，又快捷便利，能够满足不同型号、不同功率的电机的需要。

图1 保护器硬件原理框架图

5 应用效果

漳村煤矿泵房主排水泵运行时电流值在52～80A之间，排水电流值低于50 A时，主排水泵为空转，高于80 A时，为过流故障。

将设计好的存有低电流保护的存储器更换到1号泵控制开关的保护器中，设置低电流值52 A，低电流延时20 s。正常启动1号水泵，电流65 A，排水管路的流量计的实时流量为295 m3/h，观察水泵电流运行值，在水位降到低水位时，电流降到60 A，并逐步下降，主排水管路的流量计的实时流量逐步降低，当实时流量为190 m3/h，开关电流52 A，开关保护动作。

使用低电流保护后，将水泵运行电流设置在规定运行上限和下限范围内，不管运行的电流过高还是过低，都能及时动作，保护灵敏可靠，能更保证水泵及电机安全的运行[3-4]。

归纳使用低电流保护的效果有：安装低电流保护后，在水泵空转试验中，开关能及时动作跳闸，保护水泵；从根本上杜绝了水泵空转故障，减少人为因素、管路故障等原因造成水泵空转而损坏水泵，减少经济损失。

6 结语

随着科技的进步，煤矿控制系统越来越自动化智能化，主排水系统在向自动化方向逐步升级，主排水泵房也在逐步由有人值守转变为无人值守，实现远程控制。同时，随着环保意识的增加，矿井污水处理逐步实现规范化、井下现场化，主排水系统实现清水排放，对主排水系统实现远程控制是一个很大的推进。在主排水系统的自动化控制中，控制开关的低电流保护也会起到重要作用。