井下综合保护系统研究

2024-11-03

井下综合保护系统研究（精选8篇）

井下综合保护系统研究篇1

一、引言

对于煤矿井下作业来说, 井下的供电系统本身会受到多方面因素的影响, 进而产生各类漏电故障。井下的作业环境较为潮湿, 再加上操作人员自身的操作不够规范, 并且存在很多的粉尘和瓦斯, 一旦出现漏电问题, 那么就很容易产生爆炸, 从而引发严重的安全事故。针对于煤矿井下作业的安全生产需求, 采取科学有效的策略, 对于漏电保护技术进行应用和研究, 是井下作业安全管理中重要的一部分内容。漏电保护装置的应用, 可以通过接地保护, 来实现对漏电和人身触电问题的控制。在漏电电流出现过大的情况下, 漏电保护装置可以第一时间进行动作, 迅速地对事故电源进行切断, 提升了对事故扩大的有效避免, 保障了人身与设备的安全。漏电保护装置也可以实现对一相接地故障进行有效检测, 并且及时进行切断, 对于过压、过载、欠压以及缺相都可以提供全面的保护作用。煤矿井下的环境较为恶劣, 供电系统和设备本身的漏电概率更大, 采取科学有效的漏电保护技术, 对于提升井下作业安全性来说非常关键。

二、漏电保护装置分析

现阶段, 煤矿井下高压供电系统中, 漏电保护装置主要包括漏电闭锁、漏电跳闸两种类型。漏电闭锁主要是提前在开关合闸前, 对于绝缘电阻检测, 如果电阻值上对地的绝缘电阻小于限定电阻值, 则不进行合闸操作, 达到闭锁的目的。漏电跳闸保护主要是通过对绝缘电阻值进行测量, 或者在一相线路被触及的情况下, 循序对电源进行切断。跳闸保护主要是通过漏检保护装置与开关共同配合来完成漏电保护行为的。检漏保护装置在应用的过程中, 需要对于对地绝缘电阻情况进行实时、连续的检测, 如果绝缘水平达到规定数值或者存在人为接触时, 要自动进行跳闸, 对电源切断。在一相线路接地漏电时, 对于电容电流进行补偿。保护装置也需要具有选择性的保护能力, 在出现漏电故障和人身触电故障时, 要对于出现故障的线路进行开关跳闸控制, 对没有故障的电路要确保正常运行, 避免停电故障范围影响过大。在出现漏电故障时, 要对线路的电源进行快速切断, 第一时间进行执行, 降低触电危险。

现阶段, 我国很多矿井下的高压供电系统, 本身的高压电网主要采取中性点不接地的方式, 并且相应的保护装置的类别较多, 部分装置本身功能相对简单, 并且仅仅具有传统的接地保护的一些基本性能, 存在着较大的工作误差率, 对于保护投入定值的范围也缺乏有效的控制效果, 很容易受到多方面影响因素的干扰, 漏电保护行为和需求的实现上存在很大的问题, 难以对于高压漏电保护进行更好的保障, 存在着一定的失效风险。煤矿的电网构建中, 漏电保护原理在应用的范围上存在着一定的局限性, 在实际运行的过程中, 很难保障切换的及时性和质量, 从而引发了漏电保护选择性缺失的问题。在发生接地故障时, 很容易会出现强电磁干扰, 从而对于漏电保护装置检测的零序电流信号和电压信号产生影响, 并且再加上相应的漏电保护装置灵敏性存在差异, 进而引发了漏电跳闸行为的不合理出现。在煤矿矿井下, 供电线路的距离相对较长, 如果线路最末端出现接地故障, 那么也会引发漏电保护缺陷, 不能确保上下级间的有效整定, 引发整定范围和时限差距等不同缺陷, 从而引发事故。

三、漏电保护技术应用研究

随着技术的发展, 高压电网微机自适应选线漏电保护已经被广泛地应用于漏电保护当中, 在保护技术应用的过程中, 可以实现自适应欠补偿, 相对于以往的漏电保护技术来说, 这种保护技术应用可以提高保护效果, 同时通过自动补偿和对保护整定值进行分析, 对漏电故障信号当中的零序电流以及零序电压信号进行提取, 结合相位以及幅值的改变组合而成选线判据, 结合选线判据对漏电故障加以切除, 从而达到漏电保护的目的, 这种漏电保护技术策略在实际应用的过程中, 可以更好地提升灵敏性和稳定性, 同时也可以符合实际接地结构特点。

电网内部电流改变相对频繁, 具有较强的随机性, 相对以往固定补偿消弧线圈来说, 通过自动补偿跟踪消弧线圈的应用, 可以提升调节效果, 并且通过增加电感设备, 实现了对电容电流与接地点的抵消。自适应继电保护技术的出现已经经历了很长的发展时间, 其通过结合电力系统的实际情况, 以提升保护性能, 保持电力系统和故障种类的一致性, 这样才能保障实际的保护效果。相对传统意义的零序功率漏电保护情况来说, 这种方式主要是依靠自适应欠补偿技术, 对于单相接地出现的情况下, 通过对接地电流进行控制, 并对零序电压进行调整, 进而达到设置的目的。在巡检过程中, 对单相接地零序电流与零序电压的大小进行预算, 并通过软件系统进行分析处理, 从而发现漏洞, 提升保护行为的灵敏性。

我国煤矿井下高压供电系统大体上可以分为采区变电所、矿井中央变电所、地面变电所三个级别, 为了确保漏电保护需求得到有效满足, 对于整体变电所都要进行相应漏电保护装置的装配, 构建一个三级化的漏电保护体系。第一级漏电保护设备是综合性设备, 它在采区变电所隔爆型的高压、真空配电箱当中装设, 在采区变电所移向变电站出现单相漏电时, 设备可以第一时间利用高压开关切除故障支路。第二级漏电保护设备, 它跟高压开关柜合并应用, 它的目的是在中央变电所移到采取变电所时出现单相漏电的情况下, 将动作延时0.5秒左右, 借助高压开关柜对故障支路加以有效解决, 进而确保其它支路能够顺利地供电, 它是中央变电所到采取变电所之间的重点保护。第三级漏电保护设备也是配合高压柜进行应用, 同时相对完整和独立, 在出现单相漏电过程中, 对动作进行延时, 解决故障支路的漏电问题, 确保其他线路正常供电。

四、结语

总而言之, 对于煤矿井下作业来说, 保障供电安全是非常必要的。煤矿井下作业中, 高压供电系统本身具有较强的系统性和复杂性, 其中如果出现接地漏电故障, 那么就很容易对于其他供电设备产生影响, 并且引发严重的安全后果。在漏电保护技术应用的过程中, 我们要对相关装置的工作原理和特性进行深入分析, 并对应用中的相关技术内容进行更好的探索, 这样才能最大化提升供电安全的保障效果。

参考文献

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试论煤矿井下供电系统漏电保护篇2

关键词：煤矿井下；供电系统；漏电保护；漏电预防

前言

在我国《煤矿井下安全法》中曾有规定：“煤矿井下和地面变电所所在的高压馈电线，必须要装设有可选择的单项保护装置。对于移动变电站所在的高压馈电线，必须要安装有可选择性的动作跳闸的保护装置。煤矿井下，必须要安装检漏保护装置或者有选择性保护装置，确保自动切断漏电的馈电线路。”所以综上所述，我们对于煤矿井下供电系统的保护装置的研究是极为重要的。

1、出现漏电故障的原因

1.1 当电气设备和电缆出现超负荷且长期的运行时，就会使绝缘层出现老化现象，最终导致漏电事故的产生。

1.2 当设备与电缆两者相连接时，有时会因为移动或者是运行时接头松脱掉，或者接头不牢，就会有可能会出现某相碰壳，最终导致漏电现象的出现。

1.3 当铠装电缆由于过度弯曲或者遭到机械损伤而出现缝隙或者裂口时，长时间的被雨淋或者受潮而出现绝缘受损时就会导致漏电事故的发生。

1.4 对于电气设备，如果在运行时接线盒有水进入或者受潮，就会使地绝缘电阻降低，最终出现漏电情况。

1.5 在进行电气设备电气元件的增加时过于随意，就会有很大的可能使带电部分与外壳两者之间元曲定值大于电气距离，这就会导致某一相出现对地放电的状况，最终也就会出现接地漏电。

1.6 由于在电气设备中存在被遗留下来的导电物体，这样就会导致某一相出现碰壳，最终出现漏电状况。

1.7 对于一些电气设备的移动过于频繁，这样就会使电缆被反反复复的弯曲，这样也就会使其中芯线部分被这折断，将电缆绝缘刺破，使其与接地线相接触，最终导致漏电事故的发生。

1.8 如果橡胶电缆遭受到一些机械或者汽车等重物的碰撞或者挤压时，就会使地线与相线出现破皮，这样芯线就会裸露在外面，最终发生漏电事故。

1.9 在进行电气设备的操作时，如果产生弧光放电，就会导致一相接地，也就会发生漏电状况。

1.10 我们在进行维修设备时，由于停电及送电出现操作错误，工作时不注意或带电作业，就会有很大的可能出现人体与一相相触，从而造成漏电现象。

1.11 在设备进行接线的过程中出现错误，接头刺过长或者错误的把一相火线与地面相接，就会造成漏电状况的出现。

由于煤矿井下的空间十分狭小，且空气湿度很大，工作环境不但潮湿，且温度过高，因此施工条件非常差，即使施工企业采取三相电容且中性点不接地法，并且还装设接地网，采取科学的电压等级等对其进行防漏电，可还是不能将煤矿井下漏电的现象所避免。如果煤矿井下有漏电事故发生，这不但会造成人体触电的情况发生，还有可能酿成瓦斯爆炸、煤尘以及火灾等严重事故的发生。所以，施工企业以及有关工作人员一定要从内心深处认识到煤矿井下漏电的严重危害，企业一定要采取一些措施对漏电事故进行预防和保护，使煤矿井下供电安全得到保障。

2、对于出现漏电故障所带来的危害

众所周知，煤矿井下工作十分特殊，其中存在很大的危险性，其关于漏电危害一般包括有下面这几个方面：

2.1 如果煤矿井下出现漏电就很有可能会出现人身触电，人在井下时会触及到与地面相同的电压带电体时，就有可能会因为煤矿井下过于潮湿（一般人体电阻在500与1000Ω间），这样人就很难与带电体相脱离，这样一来就会加大人们出现触电死亡的机率。

2.2 当漏电电流过于多时，就会导致相间短路或者绝缘体大量发热，就会有很大的可能出现火灾等事故的发生。

2.3 如果出现漏电时有火花产生，就会引起煤尘或者瓦斯等爆炸的較大事故。

2.4 如果出现漏电的杂散电流可能会引起雷管爆炸，有非常大的危害性。

2.5 如果出现单接地，就会使其他两相与地压相比升高许多倍，这时，由于电气设备的对于绝缘有很高的要求，一定要能够承受很高的电压，这就有很大的可能会使绝缘的破坏程度进一步增大，最终形成一个恶性循环。

我们为了避免因为漏电或者是人体触电带来的各种危害，一般在煤矿井下系统中不但要对上文所述的那些漏电原因进行处理，还必须要做的就是要装设一个或若干个漏电保护器。当漏电保护器装设后，对于其额定漏电电流的合理正确的选择非常重要：首先，如果有泄漏或者触电电流大于其允许值时，对于漏电保护器而言，可以自动对其进行选择；其次，对于漏电保护器而言，在泄漏电流在正常的允许值中，可以不对此状况作出回应，这样就避免出现断电，也避免了一些不必要的浪费。

3、漏电预防及出现触电事故所采取措施

因为煤矿井下作业环境十分特殊，对于人体触电以及漏电状况发生的概率要比地面一些企业高出很多，所以，企业一定要对其采取一定的措施进行防范处理，最终避免电气事故的发生。我们与实际情况下的煤矿井下工作环境相结合，总结了一下几种措施：

（1）在煤矿井下低压馈电线路上一定要安装有漏电保护装置，以此确保发生漏电时能够自动切断电路。注意一定要每天做一次低压馈电器手动跳闸试验。

（2）注意一定要采取一种可靠性较强的接地保护装置，以避免出现电气设备的绝缘出现损坏，从而使其外壳出现损坏，最终避免漏电事故的发生。

（3）将那些电气元件、带电导体以及电缆接头等等，都用坚硬的外壳封闭起来，使其能够有效的避免出现由于带电检修而导致的触电事故。

（4）一定要建立并及时完善相关管理制度，对煤矿井下的电气设备进行维护以及管理，并对这些设备进行定期试验及检查，将那些不能达标的电气设备及时进行更换。

（5）对于电动工具把手，一定要将其绝缘部分进行加强，对于那些工作人员有较多机会接触的电气设备，对其一定要采用额定电压较低的设备。就比如说，信号装置、照明装置以及手持式电钻等这些额定电压小于127v的，对于煤矿井下的那些电气设备，一定要将其额定电压控制在12v至42v之间。对于煤矿井下的变压器，其中性点部为，一定不能与地面直接接触，这也是为了避免出现触电电流或者发生漏电事故。

结束语

煤矿井下供电系统采取的一般都是电缆电路，且由于在进行煤矿生产时环境十分恶劣，因此出现单相接地或者单相漏电的概率非常高，这对于在煤矿井下进行作业的工作人员的生命安全有极大的威胁。所以，对煤矿井下供电系统的漏电进行保护，及时采取措施进行预防十分重要。我们对煤矿井下漏电危害以及其产生的原因进行研究对于确保煤矿生产的安全性有十分重要的意义。

参考文献：

[1]李进军，煤矿井下供电系统漏电所存在的危害[J]科技信息，2013（35）123-124.

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[3]张洪国，孙建华，陈煊之，陈尔奎，黄娇.煤矿井下供电系统漏电综合评估模型[J].电子质量，2015，09：56-60.

[4]刘理云.矿井低压电网漏电故障分析与检测电路设计[J].实验室研究与探索，2015，05：119-122+149.

井下综合保护系统研究篇3

1 干扰对电力智能保护系统可能产生的影响

1.1 干扰信号的来源

一方面, 干扰信号可能来源于保护装置的内部, 如:微机高频时钟控制信号对保护装置中的其他回路产生干扰信号;供电线路是电网中导致电压入侵最主要的途径之一, 输出线路、输入线路、电压互感器、电流互感器等绝缘不良、系统接地不良等以及系统接地不良等都会给保护装置引入干扰。另一方面, 干扰信号可能来源于保护装置的外部, 如:对隔离开关等设备进行操作时, 保护系统的参数以及供电线路的接线形式都会发生不同程度的变化, 在保护系统中形成一种电磁暂态过程, 很容易导致高频电磁场干扰的发生;保护屏的连片和压板等借助于连线端子引入保护装置会引入干扰信号;对继电器触点进行操作、切换开关触点都会引入干扰信号。

1.2 干扰对电力智能保护系统产生的影响

由于电力智能保护系统的核心器件是D SP芯片, 硬件由人机交互系统、微机系统以及数据采集系统等组成, 产生干扰信号后, 就会在一定程度上影响模拟量输出的执行元件, 总之, 干扰对电力智能保护系统产生的影响主要表现在逻辑运算错误、微机芯片损坏、程序运行错误、采样值和实际值偏离等方面。

2 抗干扰对策

2.1 硬件抗干扰对策

电力智能保护系统的硬件抗干扰对策主要是通过削弱干扰源的作用, 切断干扰的途径, 降低保护系统对干扰信号的敏感性, 从源头处尽量降低干扰源对保护系统可能产生的影响, 是目前最主要也是最常用的抗干扰对策。电力智能保护系统的硬件抗干扰对策主要包括印刷电路板、隔离、屏蔽、接地等。

2.1.1印刷电路板抗干扰对策

电力智能保护系统中的印刷电路板主要是将电源线、信号线、元器件等集于一体的线路板, 具有密度高的特点, 直接会影响到整个电力智能保护系统运行的可靠性。电力智能保护系统使用的电路板通常为双面板, 使用的双层布线, 可以采用以下抗干扰对策:

1) 在走线表面敷上大面积的铜, 然后和接地网络进行连接, 但要注意电路板上IC的接地引脚必须直接在地线层上焊接, 尽量减少串行的电感, 这样不仅可以将简化地线网络的设计, 还可以屏蔽各个信号线之间产生的影响, 彻底隔绝噪声信号, 从而减少信号干扰。

2) 由于电路板的表面布满了电源, 所以具有较小的直流电阻, 将整个平面的V cc保持一致, 就可以将V cc平均分配到所有元器件上。

3) +1.8V、+3.3V、+5V等电压都是稳压电源的输出电压, 所以为了减少噪声产生的干扰, 就必须在电路板附近电源线的周围, 安装1~2个电解电容器, 这样就可以使电路在转换状态时, 尽量减少电源线上的尖峰电路, 从而减少噪声产生的影响, 降低低频干扰。

2.1.2 屏蔽和隔离抗干扰对策

屏蔽和隔离抗干扰对策主要是通过杜绝外部电磁干扰进入保护装置内部, 从而发挥抗干扰的作用。屏蔽技术主要借助于屏蔽体将磁场耦合和空间电场的干扰部分彻底隔离, 隔离技术可以将受干扰的装置和干扰源在电气上彻底隔离, 使输出电路和输入电路不再受到电的影响。为了避免防爆开关内产生的各种电磁干扰受到空间的作用而渗透到矿井智能综合保护器的内部电路中, 所以必须要不断提高保护器机壳的屏蔽性。保护器机壳的屏蔽主要是通过金属壳体包围所有需要保护的对象, 将电磁场从空间入侵的通道彻底隔离, 这不仅可以抗干扰, 还可以不断提高设备电磁的兼容性能。

2.1.3 接地抗干扰对策

接地抗干扰对策主要包括两个方面:一方面设置系统内部接地, 主要包括屏蔽地、功率地、模拟地以及数字地等, 另一方面是保护装置外壳的接大地要求。从保护装置安全和抗干扰性能方面考虑, 微机保护装置的金属机壳必须接大地, 并且接地电阻进行在10欧姆。

2.2 软件抗干扰对策

由于电力智能保护装置是在煤矿井下使用, 由于煤矿井下环境比较恶劣, 再加上真空接触器频繁吸合、电流大、电压高等特点, 导致地线中一些杂散的电路会产生比较强的干扰信号, 实施硬件抗干扰措施后, 仍然会有少数干扰信号进入保护系统内部, 所以还要实施软件抗干扰对策, 尽量避免窜入的干扰导致保护装置发生拒动或者误动。实施软件抗干扰对策, 不仅要保证系统的控制功能可以正常使用, 还要尽量提高软件使用的可靠性。电流接通后, 要先对D SP系统的软件和硬件状态进行检测, 及时发现异常情况, 尽快采取有效措施进行处理。

3 结束语

综上所述, 由于电力智能保护系统在煤矿井下运行的环境比较恶劣, 干扰源的种类比较复杂, 所以煤矿企业必须同时实施软件和硬件抗干扰对策, 尽量消除或者减少干扰信号对保护系统产生的损害或者影响, 提高电力智能保护系统运行的可靠性和稳定性。

摘要：随着科学技术的迅速发展和社会经济的不断进步, 煤矿产业发展进程也在不断的加快, 在煤矿产业电力智能保护系统中, 由于被控对象具有频率较高、功率较大等特点, 导致保护装置元器件的阈值和容量都有一定程度的降低, 再加上电力电子器件已经被广泛使用, 导致电力系统受到了很多“污染”, 产生的干扰信号会在很大程度上影响电力智能保护系统的正常运行。本文主要对干扰可能对电力智能保护系统产生的影响进行深入的分析, 探讨相应的抗干扰对策。

关键词：煤矿,电力智能保护系统,抗干扰,隔离,屏蔽

参考文献

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浅析煤矿井下供电系统漏电保护篇4

1 远距离短路保护方案

继电保护装置的性能关系到电力系统安全运行的可靠性及灵活性。常规继电保护的整定值是通过离线计算获得, 而且在运行中保持不变。因此, 在常规电流保护整定计算中不得不按系统的最大运行方式来计算保护的动作值, 而按系统的最小运行方式来校验保护的灵敏度。这种方法虽然可保证电力系统在各种运行方式下发生故障时, 继电保护都能正确动作, 但却存在着一个缺陷:保护范围受运行方式和故障类型的影响。按该方法设定的定值, 在其它运行方式下 (包括系统的主要运行方式) 不是最佳, 另外在最不利的短路条件下, 保护可能失效。

随着微机保护在电力系统中的广泛应用和通信技术的不断进步, 将自适应技术引入继电保护装置己成为可能。自适应继电保护是在本世纪80年代提出的一个研究课题, 所谓自适应继电保护装置是指能根据电力系统运行方式变化信息, 在线计算并修改保护整定值, 以获得最佳保护性能的保护装置。自适应继电保护装置在选择性、快速性和灵敏性方面明显优于常规继电保护装置。

可以采用短路保护采用自适应随机整定的方式, 运用自适应过流保护克服了传统过流保护一成不变的定值、受系统运行情况变化的影响较大等缺点, 它充分发挥了微机的记忆、逻辑判断、数学运算等强大的功能, 提供实时计算, 通过不断监视负荷电流来自动整定过电流保护值。采用自适应随机整定的方式作为短路保护方案具有以下特点:a.整定值不是常数, 它由当前的系统运行情况决定, 因此, 速断定值和保护范围能保持最佳状态。b.速断定值由微机保护装置在线、实时自动计算整定, 计算整定的全过程完全由装置自动完成, 不需人工干预。为了达到远距离供电, 线路中正常最大工作电流为11.6A, 可靠系数取1.2, 那么整定值为Iop=1.2×11.6=13.92A。根据计算, 在最不利的条件下, 即在1600m处发生两相短路时灵敏系数Ks=20.27/13.92=1.46, 若在1400m处发生两相短路则灵敏系数可达1.5。

2 漏电保护方案

在电力系统中, 当带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度, 使经过该阻抗流入大地的电流增大到一定程度, 就可以说该带电导体发生了漏电故障, 或者说该供电系统发生了漏电故障。我国的煤矿生产, 现在主要还是在井下进行, 井下低压电网的工作条件比较特殊, 环境潮湿, 相对湿度往往高达95%以上。为此, 对其使用的电气设备和电缆的绝缘, 与地面比较已经提出了较高的要求。尽管如此, 运行中的电气设备及其供电电缆, 仍然多发生漏电的危险。特别是工作面的电缆, 被砸或被挤压的机会较多, 绝缘更容易损坏, 漏电的可能性更大。

煤矿井下低压电网大部分位于采区, 不仅环境恶劣, 而且也是工作人员和生产设备相对比较集中的地方。电网倘若发生漏电, 可能导致人身触电、瓦斯煤尘爆炸和电气雷管的先期爆发, 此外, 大量的漏电电流如果长期存在, 还有可能使电气设备的绝缘迸一步恶化, 以致损坏, 从而造成相间短路、电气火灾及其它危害矿井安全的事故。因此, 必须采取切实可靠的漏电保护措施, 及时将漏电故障切除, 方能使上述隐患得以防止, 保证供电安全。漏电保护是煤矿井下三大电气保护之一。对于煤矿井下电网, 需要从人身触电、点燃瓦斯和火灾危险的安全角度进行考虑, 中性点直接接地方式由于具有人身触电电流大、接地电流大和形成电弧等明显的缺点, 不允许采用, 一般采用中性点不接地方式或经阻抗接地方式。中性点不接地方式电网的对地电容较小时, 故障电流较小。中性点不接地电网的缺点是当一相接地时, 另外两相的相电压升高至原来的倍, 容易造成绝缘薄弱处击穿, 进而形成两相接地短路, 因此必须对单相接地故障进行监视与保护。

另外, 对于中性点不接地系统, 当触及电网某相时, 由于人身具有一定的电阻, 电缆通过人体与大地形成回路, 人身有电流流过。尽管人身流过的电流比直接接地电流小, 可是由于分布电容C和分布电阻R的存在, 一定情况下仍有生命危险。这种情况下, 电网的分布电容是决定漏电电流的主要因素之一, 单相接地故障电流的大小主要由分布电容决定。因此, 即使是中性点不接地系统, 也必须采取安全保护措施。

漏电闭锁:电网若发生漏电故障, 最容易检测到的是电网各相对地绝缘电阻的下降。如果在三相电网中附加一个独立的直流电源, 使之作用于三相电网与大地之间, 这样在三相对地绝缘电阻上将有一直流电流流通, 该电流大小的变化就直接反映了电网对地绝缘电阻的变化, 有效地监测和利用该电流, 就可以构成附加直流检测式漏电保护。附加直流检测原理如图1所示:

图中DC为附加直流电源, 由DC获得Uz, 直流电流由电源正极流出入地, 经绝缘电阻ra, rb, rc进入三相线路, 再由R1-3小R4、千欧表k Q (直流毫安表) 返回电源负极。对于稳定的直流, 电容C相当于开路, 不会有电流流过, 因而回路中电流Iz可由下式求得:

式中r∑为ra、rb、rc的并联值, R∑为检测回路中除电网对地绝缘电阻之外的所有电阻之和。检测系统确定之后, R∑和Uz为定值, 由公式可知, Iz将随着r∑的下降而线性增长, 当Iz所对应的对地绝缘电阻值大于漏电闭锁值时, 中央处理单元发出漏电闭锁信号和跳闸信号可实现漏电闭锁保护。

3 结语

详细分析了井下低压电网常见的各类故障, 并确定了具有针对性的保护方案:主要有用于短路故障的自适应随机整定方案;用于漏电闭锁的附加直流检测方案和利用三个整流管构成的漏电保护方案。

摘要：本文针对煤矿井下供电系统漏电保护进行讨论, 分析线路中各种故障的产生机理及其主要特征, 以及各种保护原理的使用范围, 针对不同故障设置相应的保护方案, 对全线实行可靠的短路、漏电保护及漏电闭锁。

关键词：煤矿,井下供电系统,漏电保护,远距离短路保护,漏电保护

参考文献

[1]张勇.谐波在煤矿选择性漏电保护中的应用研究[J].煤炭技术, 2010.

浅谈煤矿井下低压供电系统及保护篇5

1 低压供电系统的特点

低压供电系统是由总配电室内的低压配电柜、低压输送电缆;各用户进线总配电柜、分配电箱、用电设备等组成。低压配电线路是向低压用电设备输送和分配电能, 具有接头多、规格型号多、敷设方式多、线路长, 以及各分配电箱内的控制开关具有操作次数多等特点。各用电设备又具有多样性, 如生产机械、电热、电解电镀、电焊以及实验设备、照明等, 这些用电设备, 其用电特性各有不同。按电流种类可分为交流和直流用电设备;按电压可分低压和安全电压用电设备;按用电设备的工作制可分为连续运行、短时运行和重复短时运行等。

2 矿井低压供电系统事故分析

由于低压供电系统的以上特点, 线路、开关等会经常出现过电流、漏电等现象, 从而造成火灾、人身触电等重大事故, 给企业和个人带来巨大的损失。过电流是指流过电气设备和电缆的电流超过额定值, 其主要包括短路、过负荷和断相三种现象。短路是指电流不流经负载, 而是两根或三根导线直接短接形成回路。这时电流很大, 可达额定电流的几倍、几十倍, 甚至更大, 其危害是能够在极短的时间内烧毁电气设备, 引起火灾或引起瓦斯、煤尘爆炸事故。负荷是指流过电气设备和电路的实际电流超过其额定电流和允许过负荷时间。其危害是电气设备和电缆出现过负荷后, 温度将超过所用绝缘材料的最高允许温度, 损坏绝缘, 如不及时切断电源, 将会发展成漏电和短路事故。过负荷是井下烧毁中、小型电动机的主要原因之一。断相是指三相交流电动机的一相供电线路或一相绕组断线。造成断相的原因主要有: (1) 熔断器有一相熔断; (2) 电缆与电动机或开关的接线端子连接不牢而松动脱落; (3) 电缆芯线一相断线; (4) 电动机定子绕组与接线端子连接不牢而脱落等。漏电是指当电气设备或导线的绝缘损坏或人体触及一相带电体时, 电源和大地形成回路, 有电流流过的现象。井下常见的漏电故障可分为集中性漏电和分散性漏电两类。集中性漏电是指漏电发生在电网的某一处或某一点, 其余部分的对地绝缘水平仍保持正常。分散性漏电是指某条电缆或整个网络对地绝缘水平均匀下降或低于允许绝缘水平。漏电的原因有: (1) 电缆和电气设备长期过负荷运行, 使绝缘老化而造成漏电。 (2) 运行中的电气设备受潮或进水, 造成对地绝缘电阻下降而漏电。 (3) 电缆与设备连接时, 接头不牢, 运行或移动时接头松脱, 某相碰壳而造成漏电。 (4) 电气设备内部随意增加电气元件, 使外壳与带电部分之间电气间隙小于规定值, 造成某一项对外壳造成放电而发生接地漏电。 (5) 橡套电缆受车辆或其他器械挤压、碰砸等, 造成相线和地线破皮或护套损坏, 芯线裸露而发生漏电。 (6) 铠装电缆受到机械损伤或过度弯曲而产生裂口或缝隙, 长期受潮或遭水淋使绝缘损坏而发生漏电。 (7) 电气设备内部遗留导电物体, 造成某一相碰壳而发生漏电。 (8) 设备接线错误, 误将一相火线接地或接头毛刺太长而碰壳, 造成漏电。 (9) 移动频繁的电气设备的电缆反复弯曲使芯线部分折断, 刺破电缆绝缘与接地芯线接触而造成漏电。 (10) 操作电气设备时, 产生弧光放电造成一相接地而漏电。 (11) 设备维修时, 因停、送电操作失误, 带电作业或工作不慎, 造成人身触及一相而漏电。

3 矿井低压供电系统保护措施

矿井低压供电系统通常采用过流保护, 漏电保护和保护接地这三种保护方式来预防矿井低压供电系统可能出现的事故。

3.1 过流保护装置。

(1) 馈出线的电源端均需加装过流保护装置。低压电动机应具备短路、过负荷、单相断线的保护装置。 (2) 当干线上的开关不能同时保护分支线路时, 则应在靠近分支点处另行加装过流保护装置。 (3) 各类过流保护装置均应按本细则进行计算、整定、校验, 保证灵敏可靠, 不准甩掉不用, 并禁止使用不合格的过流保护装置。漏电保护方式有漏电保护、选择性漏电保护、漏电闭锁。

3.2 漏电保护方式

目前使用的漏电保护装置种类很多, 有电子电路的, 也有单片计算机控制的。这里介绍的漏电保护, 从原理上附加直流电源漏电保护, 漏电保护方式有漏电保护、选择性漏电保护、漏电闭锁。如果图1中性点不接地多支路电网单相漏电原理图中的电网发生漏电, 漏电电阻越小, 电网中性点对地电压就会越高, 由图可知电网中性点地电压VN就是零序电压V。所有非故障支路零序电流Igo之和为故障支路的零序电流Igo电网中, 流过故障支路的零序电流是所有非故障支路零序电流的总和。而各非故障支路只流过本支路的零序电流的值必然小于故障支路的零序电流的值。因此, 可以在各支路首端装设零序电流互感器, 利用它就叮以反应各支路零序电流的大小, 可以作到有选择性地漏电保护。

3.3 井下保护接地网

保护接地对保证人身触电安全是非常重要的。由于接地电阻的数值被控制在《煤矿安全规程》规定的范围内, 因此, 通过接地装置的有效分流作用, 就可以把流经人身的触电电流降低到安全值以内, 确保人身的安全。此外, 由于装设了保护接地装置, 带电导体碰壳处的漏电电流经接地装置流入大地, 即使设备外壳与大地接触不良而产生电火花, 但由于接地装置的分流作用, 可以使电火花能量大大减小, 从而避免了引爆瓦斯、煤尘的危险。

结束语

煤矿井下供电系统运行在一个复杂环境中, 提高其运行安全可靠性是一项系统、长期持久的工作, 必须结合煤矿井下开采的实际情况, 将人力、物力、环境等多方面因素有机结合起来, 整体协调配合进行充分考虑设计, 制订完善井下安全供电措施方案, 有效提高煤矿井下低压供电系统供电可靠性, 保障井下煤矿开采安全稳定、节能经济的高效进行。

摘要：在井下供电系统中, 低压供电线路及各种低压电器设备又占据了整个井下供电线路与电器设备中的大部分, 而且它们又深入到采区与掘进工作面, 工况特别恶劣, 易发生各种电气事故, 因此提高井下低压供电的质量, 完善低压供电的保护系统是保证整个井下供电的可靠性, 防止电气安全事故发生的关键。针对煤矿井下低压供电系统的特点、原理和应用进行简要的分析和探讨。

关键词：煤矿,低压供电系统,保护

参考文献

[1]王成科.浅谈煤矿井下供电系统[J].科技创新导报, 2013 (03) .

[2]胡亮, 许庆虎.煤炭企业供电系统的应用措施[J].黑龙江科技信息, 2012 (21) .

井下综合保护系统研究篇6

关键词：煤矿井,低压供电,漏电保护,保护装置

1 漏电保护装置原理分析

目前, 煤矿现场使用的漏电保护装置有以下几种类型: (1) 附加电源直流检测式漏电保护; (2) 无附加电源直流检测式漏电保护; (3) 零序电压式漏电保护; (4) 零序电流式漏电保护; (5) 零序功率方向式漏电保护; (6) 旁路接地式漏电保护。

1.1 附加电源直流检测式漏电保护

附加电源直流检测式漏电保护原理示意图如图1所示, 三相电抗器、零序电抗器、kΩ表和KD继电器电阻为定值, 电网对地绝缘电阻值r1、r2、r3为可变值。当直流电压一定时, 直流KD继电器中电流值将随r1、r2、r3值而变。当r1、r2、r3下降到一定程度时, 直流KD继电器动作, 其常开接点接通自动馈电开关的分励脱扣线圈, 自动馈电开关跳闸, 实现漏电保护。

附加电源直流检测式漏电保护具有保护全面、动作无死区、对整个供电单元具有电容电流补偿效果等优点, 亦具有无选择性、电容电流补偿静态性及动作时间长等缺点。

1.2 无附加电源直流检测式漏电保护

无附加电源直流检测式漏电保护原理示意图如图2所示, 利用3个整流管V1、V2、V3构成漏电保护装置。3个整流管分别接到电网三相, 另一端星形接后经电阻接地。由于电网中性点不接地, 经3个整流管的直流电流必须流经电阻R、大地和电网对地绝缘电阻r1、r2、r3才能返回电源, 因此电流的大小直接反应了电网对地的绝缘状况, 检测直流电流的大小, 就可实现漏电保护。

无附加电源直流检测式漏电保护与附加电源直流检测式漏电保护的基本原理一致, 其漏电保护结构简单, 具有较高直流电压, 能够真实地反应电网的绝缘水平, 但也有保护无选择性、漏电保护值受电源电压波动影响较大等缺点。

1.3 零序电压式漏电保护

零序电压式漏电保护原理示意图如图3所示, 当电网非对称性漏电时, 三相对地电压不平衡, 出现零序电压。零序电压通过电压互感器二次侧开口三角形取出 (当然也可由变压器与地之间取出) , 利用零序电压的大小来反应电网对地的绝缘程度, 当零序电压大到一定程度时, 执行回路动作, 使馈电开关跳闸, 实现漏电保护。

零序电压式漏电保护能够检测电网漏电时的零序电压, 不失为一种较好的漏电保护手段, 但其具有保护无选择性、不能保护对称性漏电故障、动作电阻值不固定、只能用在变压器中性点非直接接地的电网中等缺点。

1.4 零序电流式漏电保护

零序电流式漏电保护原理示意图如图4所示, 当电网非对称性漏电时, 电网在产生零序电压的同时, 回路中也出现零序电流, 利用零序电流互感器, 取值加以利用, 驱动继电器, 实现漏电保护。

零序电流式漏电保护可以实现放射式电网中横向选择性漏电保护, 还可以应用于中性点接地及不接地系统中。但也具有动作电阻值不固定、不能保护对称性漏电以及不能补偿电容电流等缺点。

1.5 零序功率方向式漏电保护。

零序功率方向式漏电保护原理示意图如图5所示, 当电网非对称性漏电时, 由取样电路分别从电网中取出零序电压和各支路的零序电流信号, 经放大整形后, 由相位比较电路来判断故障支路, 最后启图4零序电流式漏电保护原理示意图动执行电路, 切断故障支路的电源, 实现有选择性的漏电保护。

零序功率方向式漏电保护具有很强的横向选择性, 但也具有动作电阻阻值不固定、不能保护对称性漏电以及不能补偿电容电流等缺点。

1.6 旁路接地式漏电保护

旁路接地式漏电保护原理示意图如图6所示, 当发生单相触电时, 由检测选相器确认故障并输出动作指令, 强迫故障相旁路接地, 利用专设的接地极电阻分流, 降低漏电点电流。

旁路接地式漏电保护安全性较高, 能有效地削弱断电后电动机反电势和电网电容储能, 但其具有保护范围单纯、电路较为复杂等缺点。

2 矿井漏电综合保护方案矿井漏电保护的基本要求是安全性、可靠性、灵敏性和选择性。

安全性, 是指漏电保护从最严重的人身触电事故发生到电源被切除的时间乘以流过人体的电流应小于30m A·s (对于单相接地以及其它漏电故障, 应保证在切断电源或发生间歇性漏电时, 接地点的漏电火花能量小于0.28MJ) 。可靠性, 是指漏电保护装置自身应具有一定的可靠性, 对于保护单元内发生漏电故障时不能拒动, 而当保护单元外发生任何故障时不能误动。灵敏性, 是指漏电保护装置对临界漏电故障具有较强的反应能力。选择性, 是指漏电保护装置只切除供电单元中漏电部分的电源, 而保留非漏电部分的电源, 无论是放射式供电还是干线式供电, 都能将故障时的停电范围尽可能地缩小。

各种漏电保护各有优缺点, 要达到比较理想的漏电保护, 必须吸取各种漏电保护方式的优点, 有机地结合, 形成一个完善的综合保护方案。

图7所示为一种旁、直、零式选择性综合漏电保护方案示意图。

该系统共设置了5种保护单元或插件:附加三相接地电容器组, 装设于总开关的负荷侧, 其星形点联于接地网, 用来消除方向型保护的动作死区;1台旁路接地式漏电继电器设置在总开关处, 其使保护系统的安全性大为提高, 使得靠延时的纵向 (上、下级) 选择性得以实现;1块直流检测式漏电保护插件装设于总开关内, 主要用来弥补方向型漏电保护的动作死区 (对称性漏电) , 并作为整个漏电保护的总后备;若干块零序功率方向式漏电保护插件, 在除总开关以外的所有馈电开关和磁力启动器中各装设1块, 主要完成横向 (放射式各支路) 选择性漏电保护的功能, 且根据纵向选择性的要求, 各自的跳闸延有一定的区别;若干块直流检测式漏电闭锁插件装设地点同方向型插件, 亦可与之合为一个插件。

该漏电保护系统的的保护过程, 以支线W9上发生的单相漏电为例说明如下:在20ms内, 2QA、4QA、9QC所装方向插件和1QA处的旁路接地继电器均启动, 同时1QA中的直流检测式保护插件也启动, 其余插件均不启动;在50ms以内旁路接地继电器动作, 将漏电相在1QA处旁路接地, 使实际漏电处的电流小于10m A。经0.5s延时, 9QC中的方向保护插件动作, 使9QC跳闸, 切除故障支路W9的电源。此后, 旁路接地继电器直流检测式保护插件和2QA、4QA中的方向保护插件全部返回, 整个供电单元除W9支路外, 经0.5s的单相旁路接地运行后自动转入正常运行。

井下接地保护技术研究篇7

在煤矿井下总接地电网是高、低压电气设备共用的高压电网的单相接地电流远大于低压电网, 因此, 井下总接地网电阻主要取决于高压电网的单相接地电流。但在中性点不接地系统中, 此电流又与高压电网对地电容有关, 电网愈大 (包括电缆、架空线路) , 电容就愈大。

若此电容大至使单相接地电流超过20A (《煤矿安全规程》规定此电流应不大于20A) , 则将超过人身允许的最大接触电压40V (《煤矿安全规程》规定接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2Ω, 每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻值, 不得超过1Ω。) , 将威胁到人身安全。

为此, 应根据单相电流的大小, 适当降低总接地网的电阻值;或采用其它措施以减小电网对地的电容电流。目前常用中性点经消弧圈接地方式来补偿电网对地的电容电流。

2 接地保护的电阻计算

2.1 单根垂直接地体的接地电阻

单根垂直接地体的接地电阻的理论计算公式:

式中, R为接地体接地电阻, Ω;L为接地体长度, m;ρ为土壤电阻率, Ω;d为接地体的外径或等效外径, m。

常用的简化公式有:

式中的符号含义同前。

在实际工程中, 接地体的材料有角钢、圆钢和钢管三种, (2) 式、 (3) 分别简化为:

2.1.1 角钢接地体。

取L=2.5, 规格40m m×40m m×4m m, 即宽b=40mm, 等效为0.84b=0.0336m, 代入式 (1) 计算可得:

2.1.2 圆钢接地体。

取L=2.5m, d=0.025m,

代入式 (1) 计算可得:

2.1.3 管体接地。

取L=2.5, d=0.6m, 代入 (1) 式可得:

为切实保证接地装置接地电阻的要求, 接地电阻计算值宁可适当偏大而不宜偏小。如果接地电阻计算偏小, 则设计出来的接地装置可能达不到限定的接地电阻值要求。建议单根垂直接地体的电阻简化计算公式采用式 (2) 。

2.2 单根水平接地体的电阻计算

单根水平接地体接地电阻的理论计算公式为:

式中, h为水平接地体埋地深度, 其它符号的含义同前。

在工程中, 常用的简化计算公式也有两个:

2.3 主接地极的接地电阻计算

主接地极的接地电阻可按下式计算:

式中, A为钢板的面积, m2;其它符号的含义同前。

3 井下低压系统中接地保护应注意的问题

3.1 矿山企业工作环境差, 用电设备由于生产需要经常移动, 对地电位时有变化。有些矿山企业不仅有使用交流电源的生产设备, 而且还有使用直流电源的生产设备。因此, 解决好矿山设备的保护接地问题是非常必要的。

3.2 目前矿山企业的供配电系统, 多是中性点不接地系统。在该系统下出现的单相短路电流, 与整个电网 (高、低压电网) -特别是高压电网对地电容有关, 即与电容电流相等。电网愈大电容电流就愈大。为减少系统的电容电流, 常采用中性点经消弧线圈接地的方式。

3.3 单根垂直接地体或水平接地体的接地电阻值计算, 工程设计中使用简化计算公式时, 应采用计算值偏大的计算公式。

3.4 井下低压中性点不接地系统中, 除了设置接地保护装置外, 还应在配电系统中加设漏电断路器, 才能真正做到保护人身安全, 消除单相接地事故隐患。

中性点不接地系统的单相接地电流, 主要是电网对地电容的电流。由于井下单台变压器容量有限, 低压电网的供电范围不大, 电容电流较小 (不足1A) 。配合井下保护接地电阻不大于2Ω, 接触电压远低于安全值。而这个“安全值”往往使人们产生麻痹大意, 单相接地故障实际未得到排除, 也就是说, 接地保护装置的设置, 仅仅是解决了 (电流小时) 人身安全问题, 随着时间的推移, 它会逐步扩大发展成更大事故。

4 结束语

由于井下这一特殊环境, 单相接地故障时有发生。近年来漏电保护器发展迅速, 井下漏电保护的最佳方式是:末端漏电保护+分干线或或干线漏电保护+总漏电保护, 组成多级漏电保护体系, 并能有选择地切断故障线路, 在彻底根绝井下单相接地故障存在的同时, 也可保证无故障线路用电不会受到影响。过去由于某些原因, 矿山单相接地保护中, 主要利用附加直流电源检漏继电器的方式进行保护, 没有全面推广使用漏电断路器保护器, 只要电源总开关处设置直流检测继电器, 没有选择性, 在事故跳闸时影响面很大, 给工人带来精神伤害和国家财产的巨大损失, 因此, 在设计中采用一些措施和保证, 在井下配电系统设计中, 应大力推广使用漏电断路器、漏电保护器。

从目前矿山企业实际运行情况看, 接地故障 (特别是单相接地故障) 时有发生, 由此引发的灾害已给国家带来财产损失, 也使矿工的人身安全受到威胁。解决好矿山企业的接地保护, 是电气工作者必须重视的问题, 处理好这个问题, 会给矿山企业带来较好的社会效益和经济效益。

摘要：我国目前矿山所采用的配电系统多为中性点不接地 (即TT) 系统, 在中性点不接地的供电系统中, 人身触电电流值IH的大小, 取决于电网的电压值, 电网对地的电容值和绝缘电阻值。由于矿山井下工作环境恶劣, 矿井巷道狭窄, 地面潮湿, 矿山设备随作业面的变化需经常移动, 对地电位有变化, 矿山供电系统中还混合使用交流电和直流电, 更使这个问题复杂。因此, 解决好矿山设备的接地保护也更具有一定的现实意义。

井下综合保护系统研究篇8

关键词：井下安全阀,气体增压器,可编程逻辑控制器

1 引言

井下安全阀是一种安放于井筒内的连接于油管上设定位置的安全装置, 在井口装置失控时防止井喷和污染环境, 以确保油井生产安全。井下安全阀试验检测系统是按照美国石油协会API 14A标准完成井下安全阀验证试验和功能试验的设备。空气增压系统则是井下安全阀试验检测系统中非常重要的一部分。

在井下安全阀试验检测系统中, 一些试验系统过程需要高压气体的支持。本文综合考虑试验系统的需求, 设计了空气增压系统。该系统的主要功能是在井下安全阀进行气体泄漏试验时提供高压气源, 根据试验要求, 预增气压力范围是3~15MPa, 经过升压以后可达到140MPa。

2 系统组成和工作原理

在气动系统中, 由于特殊工作要求, 局部需要较高的工作压力。往常的做法是提高系统总的工作压力, 但这样会使得设计总成本增加, 造成资源浪费。实际工作中可采用气体增压器, 在不增加工作压力的情况下达到获得局部高压的目的。

2.1 升压原理

本试验系统采用气体增压器作为升压设备, 基于帕斯卡原理, 即在流体力学中, 封闭容器中静止流体的某一部分发生的压强变化, 将毫无损失地传递至流体的各个部分及容器壁。气体增压技术是利用两个串联活塞的面积差, 通过压力传递及转换, 将大面积活塞上的低压转换成小面积活塞上的高压。原理如图1所示。

根据静压平衡原理可得:PB·a=PL·A

其中:A、a分别为大小活塞面积, PB、PL分别是小活塞和大活塞受到的气体压力。大小活塞面积比为增压比:i=A/a

当A>a时, 可得PB>PL, 从而实现增压目的。A与a相差越大, 增压比越大, 所能达到高压越大, 增压的效果就越明显。气体增压器利用空气做介质, 具有无污染、成本低等特点, 因此在生活中得到广泛的应用。

本系统增压器选择气驱气体增压器, 其是高压往复式压缩机的一种, 可在不增加气源压力的情况下, 获得比较高的工作压力。对于一个气体增压器来说, 增压比是不变的。因此, 可以对驱动气源压力进行调整, 从而实现对输出高压气源的无级调节。

气驱气体增压器选择美国Haskel公司的14AGD-125型, 该增压器为单级双作用气体增压器, 其增压比为10, 最高输出压力可达241.5MPa, 驱动压力为0.6MPa, 每冲程排量为3.53inch3。

现假设活塞向左运动对气体升压, 其工作示意图如图2所示。初始时, 增压腔A、B以及驱动腔A同时输入Pin, 驱动腔B放空。当活塞向左移动后, 增压腔B中压力升高, 而驱动腔A以及增压腔A中的压力Pin不变, 当受力平衡时有:

式中:F1-增压腔A中产生的作用力;F2-驱动腔A中产生的作用力;F3-增压腔B中产生的作用力;D-驱动活塞的直径;d-增压活塞的直径。

此时增压腔B中的压力就是输出压力Pout,

增压比为i=D2/d2

2.2 系统结构及工作原理

空气增压系统主要由气体增压器、气控阀、仪表、压力传感器、高压管件等部分组成。系统动力由压缩空气提供, 采用气驱气体增压器增压, 将压缩气体进一步升压至高压, 从而满足试验系统的需求。空气增压系统的结构原理组成如图3所示。

如图3所示, 当需要升压时, 控制系统控制气控阀打开, 卸压阀关闭, 电磁阀通电接通, 驱动气进入左侧驱动腔, 推动活塞向右运动进行压缩行程, 增压腔内气体在高压活塞作用下通过单向阀排出, 同时高压气体进入增压腔左侧。当驱动活塞运动到行程末端时, 电磁阀换向, 驱动气进入右侧驱动腔, 驱动活塞向右运动进行压缩行程, 如此往复工作, 直至达到所需高压气体。

当需要卸压时, 电磁阀断电切断驱动气源, 气体增压器停止工作, 同时气控阀关闭, 卸压阀打开, 空气增压系统卸压。

系统中设有安全阀, 可以设定管线输出的最高压力, 防止压力过高而损坏井下安全阀以及相关试验设备。系统中装有消声器, 防止产生噪音污染, 安全环保。

3 控制系统的设计

空气增压系统的控制部分主要由电脑、可编程逻辑控制器、压力传感器、低压电器、电缆等设备组成, 其可以实现对压力表、阀门以及其他元件的自动控制, 对操作人员技术要求不高。其主要结构如图4所示, 系统采用上下两级控制。

系统上位机采用PC机或者工控机, 控制部分的软件则选择用虚拟仪器软件Labview作为开发平台来编写控制程序, 上位机对下位机的指令的控制通过串口通信实现, 下位机采用PLC完成对各类阀件的自动控制以及对压力传感器数据的采集及传输。

综合考虑本系统的控制需要, 输入有模拟电流, 功率输出也为模拟量, 因此所选择的PLC型号为西门子公司的S7-200系列。压力传感器为0~150MPa, 最大输出信号为4~20m A。

通过对控制系统的要求研究分析, 选用PLC的功能扩展模块EM235来实现PLC与压力传感器之间的连接, EM235的A/D转换器分辨率为12位, D/A转换分辨率为11位, 输入范围为0~20m A, 输出精度为满量程的±0.5%, 其完全可以满足控制系统的需要。

4 本系统设计特点

(1) 选用气驱气体增压器, 达到工作压力后自动停机, 不再消耗多余的能量和产生热量。

(2) 不产生热量, 不会有火花和火焰危险, 安全防爆。

(3) 气动活塞及其他气动部件在工作状态下不需要添加润滑油, 从而节省运行成本, 并可防止油气污染环境。

(4) 系统管路装有高压表和压力传感器, 可以比较直观地观察分析压力变化状态。