臧華麗

（大同煤礦集團機電裝備制造有限公司， 山西 大同 037001）

引言

隨著千萬噸礦井的不斷建設，井下機電設備越來越多。傳統(tǒng)的供電設備需要使用電磁啟動器，而一個工作面需配備多臺電磁啟動器，由于電磁啟動器占地面積大，需要在井下施工專用的硐室來安裝，從而造成井下電纜較多、空間有限，以至于后期維護難度大。組合開關能夠將井下各類供電設備的開關集中到一體，不僅減少了多個電磁啟動器的占地使用面積，而且減少了分散式電纜對用電的損耗。但是傳統(tǒng)礦用組合開關在實際使用中還存在很多問題，增加了組合開關故障率，不利于煤礦安全供電，對此通過技術研究，決定對傳統(tǒng)組合開關進行編程，實現(xiàn)供電線路自動化控制，進一步提高供電系統(tǒng)自動智能化。

1 傳統(tǒng)組合開關主要存在的問題

1）在礦井的實際生產(chǎn)時，由于組合開關采用獨立元件對開關實現(xiàn)過載、漏電、缺相等保護，一旦開關發(fā)生故障，電路會產(chǎn)生強烈的雜波干擾開關的正常運行，檢修人員很難確認故障位置。

2）由于組合開關組合方式不同安裝有不同種類的接觸器，在用電設備大電流啟動時會產(chǎn)生較高的溫度，不同種類的接觸器很容易被高溫燒損，影響內(nèi)部零部件的壽命。

3）由于組合開關將多臺供電開關組合到一起，內(nèi)部結構復雜、空間較小、零部件較多，導致后期檢修人員維護難度大。

4）組合開關內(nèi)部集成度較高，一旦某個零部件在封閉的隔爆腔體內(nèi)發(fā)生弧光短路會直接將周圍的多個零部件燒損，整個組合開關不能使用，增加組合開關維修成本費用。

5）為了確保組合開關報廢后不影響工作面的正常生產(chǎn)，傳統(tǒng)組合開關配備備用開關，不僅增加了設備投入數(shù)量及成本費用，而且備用開關的接線方式相對復雜，不利于設備檢修維護[1-2]。

2 PLC 集控智能型組合開關結構與原理

為了彌補傳統(tǒng)組合開關在實際應用中存在的不足，大同煤礦集團機電裝備制造有限公司設計了一套以PLC 進行集中、分散控制的組合開關，從而實現(xiàn)針對不同故障快速保護的目的。

2.1 結構

PLC 集控智能型組合開關內(nèi)采用高強度的鋼板焊接而成，開關的腔體被分為主腔、進線腔、出線腔三部分。

1）組合開關的左側設計為進線腔體，上級電源線可以通過左側喇叭嘴直接與主腔體相接。組合開關的右側設計為出線腔體，下級電源線可以通過右側喇叭嘴直接與出線腔體相接。

2）主箱體內(nèi)設計6 個接觸器的架子，每個架子上方安裝2 個接觸器；此外腔體內(nèi)部還有、電源板、綜合保護裝置、電流互感器、壓敏電阻、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集器、變壓器、控制組件、斷路器等部件。在組合開關右側設計四個開關、四個控制變壓器，在左側安裝阻容吸收裝置。在腔體底部還安裝有多個插件來外接其他控制設備。

3）組合開關內(nèi)部安裝一個主PLC 與8 各子PLC，主PLC 采用可編程序控制器，通過226 型CPU 能夠進行編程及存儲，此外還安裝高速計數(shù)器、2 路高速脈沖輸出、2 個編程口，主板集成40 個數(shù)字I/O點，還可以擴增7 個模塊。為了提高端子排性能可靠性與擴展性，端子排采用整體設計，不僅方便工作人員整體拆裝，還能夠組網(wǎng)進行其他操作。子PLC 具有傳輸數(shù)據(jù)塊、處理數(shù)據(jù)量大，在故障發(fā)生的瞬間觸發(fā)保護系統(tǒng)。

2.2 工作原理

PLC 集控智能型組合開關組合開關上級電源通電后，4 個控制變壓器通過變壓直接對開關內(nèi)部的控制回路、檢漏回路及其他控制回路供電，檢漏回路啟動后會自動通過保護裝置對系統(tǒng)內(nèi)部的絕緣性進行檢查；當各分路開關打到指定位置，分路指示燈會亮，工作人員可以通過查看顯示器上無故障信息后方可啟動分路開關。組合開關的軟件能夠對PLC 控制程序的參數(shù)、通訊、整定值進行設定，如圖1 所示。

圖1 PLC 集控智能型組合開關PLC 系統(tǒng)結構示意圖

3 PLC 集控智能型組合開關應用優(yōu)點

1）該組合開關采用本質(zhì)安全型設計，能夠很好地控制大功率供電器的回路，有效防止控制線路發(fā)生短路時及時停機，避免事故擴大。

2）系統(tǒng)采用可編程序控制器能夠實時地對開關的運行參數(shù)進行監(jiān)測，能夠防止設備發(fā)生短路、漏電、斷相事故。

3）開關的顯示屏采用觸摸式LCD 屏，程序語言設置為中文，工作人員可以通過觀看顯示屏的參數(shù)來了解開關的工作狀態(tài)，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時系統(tǒng)會及時報警，工作人員能夠通過人機對話功能進行語音提醒，迅速查明故障原因。

4）系統(tǒng)能夠將數(shù)據(jù)中的模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號，不僅提高了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，還大大提高了數(shù)據(jù)的準確性，防止其他設備對數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾。

5）組合開關內(nèi)的自動診斷功能能夠在設備運行時對開關的各個部件進行檢查，可通過人工模擬故障來判斷開關是否正常運行[3-5]。

4 PLC 集控智能型組合開關應用效果

2019 年8 月，在大同煤礦集團虎龍溝煤礦2201巷掘進期間應用PLC 集控智能型組合開關，截止2020 年11 月，通過3 個月的應用效果來看，PLC 集控智能型組合開關與傳統(tǒng)組合開關相比簡化了開關內(nèi)部接線繁瑣工序，蓋開關在使用過程中故障率低，可對各類故障進行保護動作，在使用期間未發(fā)生開關動作保護失靈出現(xiàn)供電系統(tǒng)故障，保證了掘進巷道供電安全，全年可節(jié)約設備維修成本費用達40 萬元。