矿用一般型大功率不间断电源的研制

许光磊

（河北能源职业技术学院，河北 唐山 063000）

0 引言

随着矿井自动化开采水平的逐步提高，自动化控制系统对电源的稳定性、可靠性要求越来越高，从而将控制系统的不间断供电，实现继电保护和控制的冗余供电提到了首位。目前井下变电所及供电硐室采用的不间断电源功率小，供电电源质量不高，非标准正弦波供电，且持续时间短，甚至事故供电状态下很难确保给继电保护装置供电，造成控制系统不能可靠地控制设备存储、传输事故状态下的各种数据。不能满足目前井下控制系统安全的需要。备用控制电源作为主配电室控制设备的重要组成部分，受到煤矿井下环境潮湿，设备启动/停止短时电流大的问题。以前采用的高频小功率不间断电源已不适应现代煤矿井下配电室的应用。采用新方法、新工艺和新设备的大功率不间断电源，保障安全供电提高经济效益是亟待解决的问题。

煤矿井下主配电室要求备用控制电源带电时间长，主电源故障时能够为控制电源提供无缝连接。本着上述要求，研发了矿用一般型大功率不间断电源，解决了带电功率小、在控制负荷大时对控制备用电源冲击大、电池老化快的难题。

1 设计方案

本系统采用16节16-64AH的锂电电池，电池容量大不易腐蚀，采用数字化电池巡检系统，实时监测电池的工作状态，采用数字化不间断电源带输出控制变压器，供控制220V与应急照明127V电源。采用触摸屏，实时显示工作状态，采用以太网通讯，将参数可上传至井上中央控制室，如图1所示。

图1 一般型大功率不间断电源方案图

2 结构设计

该矿用一般型大功率不间断电源结构图如图2所示，主要结构包括：壳体和电器两部分。壳体构件按照作用分为：封板、仪表门、电池托板、电缆固定组件等；电器包括不间断电源、触摸屏、电池、电池巡检、传感器、断路器和指示灯及按钮等。壳体及仪表面板采用覆铝锌板折弯螺栓连接，紧固可靠。采用的电器均符合国家煤矿一般型的器件，防护等级高，安全可靠。

图2 矿用一般型大功率不间断电源结构图

3 工作流程

矿用大功率不间断电源的工作流程如图3所示。

结合煤矿井下主配电室供电单母线分段两路高压进线特点，本装置采用两路控制电源220V交流电压供电，经双电源连接不间断电源滤波装置。当电压正常220V AC时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的220V AC交流电压，同时市电对电流充电。当任何时候电源欠压或突然掉电，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能，当发生超载（150%负载）时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。输出电压除220V AC给井下控制电源外，还有127V AC输出，为井下应急照明供电。为煤矿地下设备提供了可靠电源保障。避免了传统模拟控制所固有的硬件参数稳定漂移等缺陷，保障了不间断电源的一致性和可靠性，容量从4KVA到20KVA，型号与参数如表1所示。

4 控制程序及触摸屏画面

本装置触摸屏通过RS485接口与不间断电源和电池巡检系统连接。采用Modubs-RTU协议采用宏程序采集不间断电源的电压数据，电流数据和工作温度数据。采集电池的电压数据、温度数据及电池的内阻数据。

4.1 触摸屏与不间断电源通讯宏程序

// Read Holding Registers

macro_commandmain()

char command[8], response[48]

char datac[8]

float data[6],V_127

intdatai[10],a[10],i

bool datab[8],return_valueb

short return_value

command[0] = 0x51

command[1] = 0x31

command[2] = 0x0d // 状态查询命令码

OUTPORT(command[0], "不间断电源", 3)// send command

INPORT(response[0], "不间断电源", 47, return_value)// read response

//(MMM.M NNN.N PPP.P QQQ RR.R S.SS TT.T 76543210

//012345678901234567890123456789012345678901 2345

GETBIT(return_value, return_valueb, 0)

if return_valueb then

ASCII2FLOAT(response[1], data[0], 5)

ASCII2FLOAT(response[7], data[1], 5)

ASCII2FLOAT(response[13], data[2], 5)

ASCII2DEC(response[19], datai[0], 3)

ASCII2FLOAT(response[23], data[3], 4)

ASCII2FLOAT(response[28], data[4], 4)

ASCII2FLOAT(response[33], data[5], 4)

ASCII2DEC(response[45], datai[8], 1)//0

SetData(data[0], "HMI", LW, 100, 6)

SetData(datai[0], "HMI", LW, 112, 1)

if datai[8]==1 then

datab[6]=0

end if

if datai[1]==1 then

datab[7]=1

else

datab[7]=0

end if

V_127=data[2]/1.732

//i=i+1

//SetData(i, "HMI", LW, 198, 1)

//SetData(a[0], "HMI", LW, 200, 10)

SetData(return_valueb, "HMI", LB, 108, 1)// return_value == 0 -> error

end macro_command

4.2 触摸屏与电池巡检宏程序

macro_commandmain()

char command[10], response[260]

char checksum

float data[16],high_V,low_V,sum_V,ping_V[3]

bool return_valueb,V_b[32]

short return_value,read_data[16],n,n3,n4,a,bbb[16]

GetData(high_V, "HMI", RW, 100, 1)

GetData(low_V, "HMI", RW, 102, 1)

sum_V=0

ping_V[1]=0

ping_V[2]=1000

OUTPORT(command[0], "BATTERY", 9)// send command

INPORT(response[0], "BATTERY", 251, return_value)// read response

response[1]=0xff

GETBIT(return_value, return_valueb, 0)

SetData(response[0], "HMI", LW, 300, 50)

GetData(bbb[0], "HMI", LW, 305, 16)

if return_valueb then

for n=0 to 7

next

ping_V[0]=sum_V/16

SetData(data[0], "HMI", LW, 120, 16)

SetData(sum_V, "HMI", LW, 114, 1)

SetData(ping_V[0], "HMI", LW, 152, 3)

SetData(V_b[0], "HMI", LB, 120, 32)

end if

SetData(return_valueb, "HMI", LB, 109, 1)// return_value == 0 -> error

ASYNC_TRIG_MACRO(3)

end macro_command

4.3 触摸屏基本画面

设备操作简单，在触摸屏点击相应的命令即可，触摸屏的开机画面如图4所示，在此画面可查看电源的状态、电池的状态、参数状态和查看报警信息。不间断电源电压、温度画面如图5所示，在此画面可查看不间断电源的电压、频率、设备温度、电池总电压及输出电压的数值。不间断电源工作状态画面如图6所示，在此画面可查看各种状态信息。电池数据画面如图7所示，在该画面显示16节电池电压及温度数值及最高、最低及平均电压值。参数设置画面如图8所示，在该画面可设置电池、温度的保护值等。

图4 触摸屏开机画面

图5 不间断电源电压、温度画面

图6 不间断电源工作状态画面

图7 电池数据画面

图8 参数设置画面

5 结语

经现场使用跟踪监测，所设计的矿用一般型大功率不间断电源装置具有带电时间长、电网适应能力强、在井下环境不易腐蚀、数据采集实时性的功能，实现了煤矿主配电室备用电源自动化的功能，达到了煤矿对井下中央配电室备用电源要求，满足煤矿井下主配电室控制及应急照明用电要求。推广使用后带来了较高经济和社会效益。