井下高开柜后台的开发应用

张海龙

（西山煤电西铭矿， 山西 太原 030052）

引言

目前，西铭矿原有高开柜设备的安全性和可靠性较低，因此研发一种矿用隔爆型锂离子蓄电池一体化电源系统是一种必然要求。它可以顺利完成矿山井下的控制、保护电源，并使后备电源向隔爆型、大容量、可靠性、安全性提升。目前，西铭矿通过对大量产品了解，对国内现有相关的产品进行筛选，然后与其技术人员交流沟通，并在西铭矿试运行。

1 目前西铭矿高开柜所存在的问题

当前西铭矿大部分煤矿的井下高爆开关柜的控制和保护电源均由高压供电系统的电源供电，即由高爆开关柜内高压互感器的二次线圈输出的交流电源为高爆开关柜的控制和保护电源供电。控制和保护电源相互间不独立，供电不可靠，维修频繁，故障率较高。其主要问题是:当其中一处线路出现短路故障的时候，供电系统的电压将会瞬时下降到额定电压的65%以下，继而使高爆开关柜中的电压互感器的二次输出电压也紧接着急剧下降，致使控制和保护回路全面失电、保护装置的出口继电器不能动作、断路器不能分闸[1]。

一般来说，保护回路装置从收集系统故障信号到驱动断路器分闸的间隔时间大约是100 ms，如果没有持续稳定的控制和保护电源，断路器将无法快速、可靠地分闸，易于引起大面积的停电事故。

由于供电系统的电源和控保电源同源，因为供电系统电压时常的波动、多次谐波干扰等原因，经过高压互感器将直接传递到保护装置[2]，会让保护装置上的工作电源的质量不稳定，如果长期不稳定，可导致保护装置安全性下降。特别是煤矿井上变电所基本上处于山区，供电线路容易遭受雷击。当供电线路遭受雷击时，雷电的过电压会经过高压电压互感器瞬时传递到高爆开关柜内的控制和保护回路，烧毁电气元器件导致控保功能的失效，甚至烧毁用电设备。

煤矿井下供电系统与井上地面调度联系是由电力监测监控系统维系。煤矿井下供电运行状态和数据资料等最主要数据的上传、关键设备的远程控制及操作等功能都依赖于该平台实现。如果没有可靠的后备电源为电力监测监控系统供电，在井下停电时，其实时监测功能将无法实现。

由于现今矿山井下电源技术的局限性，矿山井下瓦斯监控监测设备、人员定位系统的后备电源容量较小、后备时间短，而矿山监测监控设备需要4～8 h后备时间，无法满足要求。当监测监控设备失电后，井下所有的监测监控数据将无法上传到地面调度，使矿井存在安全隐患。因此，该项目的目的是为了完全解决原有设备的安全性和可靠性的欠缺，从而大大提高煤矿井下供电、监测监控的可靠性。

2 研发项目的技术可行性分析

2.1 检修方案

该项目主要是为提高井下供电、监测监控的安全性，为保护和控制回路提供后备电源。考虑到井下设备的断电检修，按不同要求或现场实际情况，可以采用两种检修方案：

1）临时检修电源由原有的电压互感器供电时，当需要断电检修电源系统时，将由快速继电器切换到电压互感器的输出电源，由电压互感器的输出电源临时供电。

2）临时检修电源由直流电源旁路供电时，当需要打开设备腔前门检修时，可以由检修旁路临时供电。

2.2 创新点

1）本隔爆型电源装置中的馈出电路，采用了既简单又可靠的创新设计，通过并下隔爆型开关柜（电器）柜内的柜门开启联锁机构或者附加限位开关作为一个控制节点来控制本隔爆型电源装置馈出电路的输出与否，从而满足了并下隔爆电器设备开门断电的要求。JC1、JC1/N为馈出回路真空接触器，正常工作时，按下按钮AN，接触器线圈带电，接触器主触头闭合，将隔爆馈电装置电源输送给相应的并下配电所高压开关柜。KW为井下配电硐室高压开关柜前门开启断电的联锁限位开关或柜内原有联机构，当开启任一井下配电所高压开关柜前门时，KW动作，将隔爆箱馈电装置内对应馈出回路的真空接触器线圈的+DC24V电源断电，JC1和JC1N主触头断开，达到停止供电的目的。+DC24V为单极输出，且电压低，因外部其他设备无法构成回路，不会产生火花和电弧。如果+DC24V开路，馈出回路无输出时，监控系统会发出失电告警信号。

2）考虑到设备的检修需要，设计一套隔爆型高压开关柜内部综合保护器供电电源的自动切换电路。当外部隔爆型蓄电池电源装置需要停电检修时，通过继电器JD的自动转换，可以由隔爆型高压开关柜内部电压互感器提供的交流电源作为临时电源供电。当隔爆型蓄电池装置检修完毕后，恢复直流供电，综合保护器自动恢复直流供电。

3）蓄电池组的一主一备工作原理。两套蓄电池电源装置可任意作为第一套。

4）该项目是新增项目，需要组织相应工作人员进行系统培训，充分了解项目内容，以便更好地处理、解决运行中的问题。

3 应用效果

1）按某矿年产300万t原煤，年生产时间200 d计算，3个工作面，每个工作面日产5 000 t 2班16 h，即每小时产煤312.5 t，平均每吨煤以200元计算，若由于供电故障停产1 h，则一次故障停产损失的效益为 312.5 t×200元 /1 h=62 500（元）。

2）实现无人值守可减少变电硐室值班人员，降低运行成本。如某矿并下共10个变电所，按有人值守规定值班人员为两人，12 h制，一个圆班4人，加轮休一个变电所需安排5～6人，10个变电所为60人，每人每月工资平均4 800元，若采用无人值守，减员40人，则共可节约人工费用为40人×4 800元×12月=2 034（万元/年）。

4 结论

通过新技术的实施，大大提高了煤矿井下供电的安全性和可靠性，提升了煤矿井下供电装备的技术水平，有效降低了发生大面积停电事故的次数，很好地解决了井下后备电源后备时间短的弊病，为实现井下自动化水平的发展奠定了基础，具有很好的社会效益和推广意义。