朱發(fā)和，薛 冰

(淮北礦業(yè)集團(tuán)， 安徽 淮北 235000)

煤礦智能化水平的不斷提高使井下供電安全在生產(chǎn)中的作用更加重要，它時(shí)刻影響著煤炭開(kāi)采的產(chǎn)量及生產(chǎn)者的生命安全。井下作業(yè)環(huán)境一般比較潮濕，施工條件差，盡管采用各種措施，仍不可避免會(huì)發(fā)生漏電現(xiàn)象。為保證供電安全，井下發(fā)生漏電事故后低壓饋電保護(hù)器必須可靠動(dòng)作，因此需要定期在饋電線路末端通過(guò)電阻接地的方式對(duì)保護(hù)器漏電保護(hù)功能加以檢查和驗(yàn)證。

傳統(tǒng)電纜遠(yuǎn)端漏電試驗(yàn)方法是通過(guò)將饋電開(kāi)關(guān)分閘斷電，打開(kāi)電磁啟動(dòng)器防爆殼，采用電阻箱將試驗(yàn)接地電阻的一端由導(dǎo)線連接到一條火線，另一端經(jīng)導(dǎo)線接地，需要井下多人操作。該試驗(yàn)方法操作不方便同時(shí)還對(duì)試驗(yàn)人員產(chǎn)生不安全因素。本文通過(guò)對(duì)煤礦井下低壓漏電試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分析，結(jié)合煤礦已普遍安裝煤礦電力監(jiān)控的特點(diǎn)，提出將煤礦遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)功能融合在煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1 煤礦井下遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)系統(tǒng)方案

1.1 遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成

煤礦井下遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)系統(tǒng)由井下遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)箱、綜合保護(hù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)或手持紅外遙控器及其通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建而成,見(jiàn)圖1.

圖1 煤礦井下遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)系統(tǒng)圖

遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)箱，就地安裝電纜末端電磁啟動(dòng)器側(cè)，供電電源取自電磁啟動(dòng)器進(jìn)線電纜上口，低壓饋電開(kāi)關(guān)合閘后，給電磁啟動(dòng)器漏電試驗(yàn)箱供電；試驗(yàn)箱內(nèi)置超級(jí)電容，交流失電時(shí)，延遲斷電，將試驗(yàn)信息上送監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。根據(jù)井下低壓電壓等級(jí)配置漏電接地電阻：AC1 140 V/20 kΩ、AC660 V/11 kΩ，支持就地和遠(yuǎn)方遙控投切電阻。遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)箱，設(shè)計(jì)具有有線和無(wú)線多種通信方式，串口RS485、以太網(wǎng)光纖、4G/5G通信、WiFi等，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況構(gòu)建井上井下通信網(wǎng)絡(luò)。

綜合保護(hù)器安裝于低壓饋電開(kāi)關(guān)內(nèi)部，是饋電開(kāi)關(guān)的保護(hù)器，當(dāng)供電電路中出現(xiàn)過(guò)載、短路、漏電和欠壓、過(guò)壓故障時(shí)，饋電開(kāi)關(guān)能自動(dòng)切斷電源。與監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)通信，可實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信監(jiān)視和遙控操作，具有選擇性漏電保護(hù)功能。

通信網(wǎng)絡(luò)共用煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)安裝在井上監(jiān)控室或生產(chǎn)調(diào)度中心，綜合保護(hù)器和遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)箱部署于井下；通過(guò)煤礦工業(yè)環(huán)網(wǎng)連接在一起。

1.2 漏電試驗(yàn)箱設(shè)計(jì)

漏電試驗(yàn)箱的硬件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足GB 3836—2010防爆要求，必須取得“MA”認(rèn)證及相應(yīng)資質(zhì)，方可在井下試驗(yàn)應(yīng)用。

1.2.1 硬件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

漏電試驗(yàn)箱的硬件包括：CPU主板、液晶顯示、通信模塊、電源模塊和接地電阻電路。漏電試驗(yàn)箱原理圖見(jiàn)圖2.

圖2 漏電試驗(yàn)箱原理圖

CPU主板。采用ARM芯片，完成漏電試驗(yàn)功能、開(kāi)入處理、通信協(xié)議以及液晶顯示功能。

通信模塊。采用多種通信方式進(jìn)行選擇：RS485通信；光纖以太網(wǎng)通信，配置光纖熔接盒；4 G/5G通信模塊，通過(guò)以太網(wǎng)口或RS485口接入，配置規(guī)約透?jìng)髂Ｊ?；無(wú)線WiFi通信方式等。

開(kāi)入回路。運(yùn)行狀態(tài)取(電磁啟動(dòng)器、分饋開(kāi)關(guān))開(kāi)關(guān)合位；瓦斯閉鎖取瓦斯傳感器越限輸出接點(diǎn)；交流失電取電源模塊交流供電監(jiān)視接點(diǎn)。

供電線路。取(電磁啟動(dòng)器、分饋開(kāi)關(guān))電源側(cè)兩相A相、C相，接入變壓器T給裝置供電；漏電試驗(yàn)電阻，根據(jù)電壓等級(jí)進(jìn)行配置，滿足用戶試驗(yàn)規(guī)程要求。

供電電纜、試驗(yàn)接地電纜(4芯)引入裝置。裝置內(nèi)應(yīng)有接線柱，試驗(yàn)接地電纜應(yīng)采用4～6 mm2電纜。

電源模塊。配置超級(jí)電容，用于上級(jí)饋電開(kāi)關(guān)跳閘裝置失電后，信息保存；電源模塊配有交流失電輸出接點(diǎn)，用于判斷是否上級(jí)漏電跳閘動(dòng)作；電源模塊寬范圍輸入，輸出電壓DC5 V、DC24 V供給CPU主板、通信模塊等。

漏電試驗(yàn)電阻電路。1 140 V配置20 kΩ、660 V需要配置11 kΩ電阻，以便適應(yīng)不同電壓等級(jí)試驗(yàn)，電阻準(zhǔn)確度不大于5%；通過(guò)CPU核心單元的開(kāi)出，依據(jù)電壓等級(jí)和遙控命令投入不同電阻，開(kāi)出觸點(diǎn)應(yīng)能夠滿足AC1 140 V電壓。

在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，考慮各插件、變壓器T的布置、通信模塊的安裝及天線的引出。

外形尺寸為長(zhǎng)525 mm×寬349 mm×厚237 mm.漏電試驗(yàn)箱外形結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3.

1.2.2 漏電試驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)

漏電試驗(yàn)功能可以通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)方遙控或當(dāng)?shù)剡b控操作啟動(dòng)，裝置接收啟動(dòng)信息后，在無(wú)瓦斯閉鎖開(kāi)入(如接入)情況下，根據(jù)系統(tǒng)電壓參數(shù)對(duì)應(yīng)的漏電電阻值，投入漏電電阻，當(dāng)交流失電或經(jīng)過(guò)延時(shí)定值t返回，退出投入，并生成漏電試驗(yàn)報(bào)告，儲(chǔ)存并上送監(jiān)控系統(tǒng)。投入漏電電阻后，如交流失電，生成漏電試驗(yàn)成功報(bào)告；如經(jīng)過(guò)延時(shí)定值t返回，生成漏電試驗(yàn)失敗報(bào)告。邏輯框圖見(jiàn)圖4.

圖3 漏電試驗(yàn)箱外形結(jié)構(gòu)圖

圖4 漏電試驗(yàn)箱漏電試驗(yàn)邏輯圖

2 監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)漏電試驗(yàn)功能軟件結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖5.前置機(jī)與人機(jī)交互界面和井下裝置進(jìn)行通信交互數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史庫(kù)中。在人機(jī)界面繪制系統(tǒng)圖，操作遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)，井下裝置上送的SOE和報(bào)告顯示在告警窗中。試驗(yàn)完后，遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)結(jié)果會(huì)生成漏電試驗(yàn)報(bào)告呈現(xiàn)給用戶。

圖5 井下漏電試驗(yàn)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)控主機(jī)與遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)箱直接通信，通信規(guī)約為配網(wǎng)104規(guī)約或MODBUS規(guī)約(具體依據(jù)系統(tǒng)接線方式)。

井下漏電試驗(yàn)監(jiān)控操作畫(huà)面見(jiàn)圖6，總饋開(kāi)關(guān)、分饋開(kāi)關(guān)配保護(hù)器、電磁啟動(dòng)器配漏電試驗(yàn)箱。S1、S2為遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)點(diǎn)，試驗(yàn)點(diǎn)右鍵點(diǎn)擊“漏電試驗(yàn)”，監(jiān)控主機(jī)發(fā)送漏電試驗(yàn)遙控信息給遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)箱，遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)箱接收漏電試驗(yàn)信息后，執(zhí)行漏電試驗(yàn)。監(jiān)控主機(jī)接收試驗(yàn)結(jié)果：漏電試驗(yàn)報(bào)告。

監(jiān)控主機(jī)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行拓?fù)鋱D，收集試驗(yàn)點(diǎn)電磁啟動(dòng)器Q1(遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)箱)、分饋電開(kāi)關(guān)K1、總饋電開(kāi)關(guān)K0上送的信息，生成漏電試驗(yàn)報(bào)告。

漏電試驗(yàn)成功判據(jù)：監(jiān)控計(jì)算機(jī)收到分饋開(kāi)關(guān)保護(hù)器漏電保護(hù)動(dòng)作跳閘及報(bào)告信息，下發(fā)“保護(hù)復(fù)歸”給保護(hù)器，下發(fā)“合閘”給保護(hù)器，饋電開(kāi)關(guān)合閘，完成送電。監(jiān)控系統(tǒng)形成漏電試驗(yàn)綜合報(bào)告，報(bào)告漏電實(shí)驗(yàn)成功。

圖6 井下漏電試驗(yàn)監(jiān)控操作畫(huà)面圖

漏電試驗(yàn)失敗判據(jù)：監(jiān)控計(jì)算機(jī)沒(méi)有收到分饋開(kāi)關(guān)保護(hù)器漏電保護(hù)動(dòng)作跳閘及報(bào)告，或收到總饋開(kāi)關(guān)保護(hù)器漏電保護(hù)動(dòng)作跳閘及報(bào)告，監(jiān)控系統(tǒng)形成漏電試驗(yàn)綜合報(bào)告，報(bào)告漏電試驗(yàn)失敗。漏電試驗(yàn)失敗，監(jiān)控計(jì)算機(jī)給出提示告警信息，提示用戶需要調(diào)整保護(hù)器漏電定值，檢查電纜和裝置接地線路。

3 煤礦井下遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

楊柳煤礦按上述設(shè)計(jì)搭建煤礦井下遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)系統(tǒng)，從地面電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)井下試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，遠(yuǎn)方操作漏電試驗(yàn)箱投入試驗(yàn)電阻，低壓保護(hù)器漏電保護(hù)動(dòng)作跳閘，試驗(yàn)完成后，監(jiān)控機(jī)自動(dòng)生成漏電試驗(yàn)報(bào)告，驗(yàn)證了低壓保護(hù)器漏電保護(hù)功能及定值設(shè)置的合理性，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的，滿足用戶使用需求。

4 結(jié) 論

結(jié)合煤礦供電電氣設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況，將煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)了煤礦井下遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了漏電試驗(yàn)的遠(yuǎn)方操作，操作過(guò)程可追溯并智能判斷形成漏電試驗(yàn)報(bào)告，驗(yàn)證保護(hù)器漏電保護(hù)功能，對(duì)設(shè)備預(yù)診斷和檢修提供參考依據(jù)，能夠?qū)γ旱V每月需要進(jìn)行的低壓遠(yuǎn)方漏電試驗(yàn)在地面進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試，該系統(tǒng)的實(shí)施能夠大幅降低煤礦對(duì)技術(shù)人員的專業(yè)要求，減輕人員的工作強(qiáng)度，減少由于停送電操作帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。