电气系统煤矿机械论文

电气系统煤矿机械论文（精选12篇）

电气系统煤矿机械论文 篇1

我国在最近几年大力发展钢铁行业, 使得钢铁行业的产能得到了极大的提升, 同时居民用电量和工业用电量也在不断的攀升, 这就使得发电所用的煤量和冶炼所用的煤量有着明显的增加。随着用煤量的增加, 煤矿开采工作也逐渐受到了重视, 在煤矿开采工作中, 主要是采用机械作业, 而在我国目前的煤矿开采工作中, 为保障煤矿开采的质量和安全, 需要采用自动化程度比较高的电气系统来保障开采工作的有效性和安全性, 要注重对煤矿机械设备电气系统的应用特点进行更为细致的研究, 从而保障开采的质量和效率。

1 煤矿机械设备概况

煤矿开采工作一般都是在地下进行, 工作环境比较恶劣, 因此需要采用煤矿机械进行作业, 而煤矿机械是属于重型机械中的一类, 其中还包含有很多的大型机械种类, 而不同的煤矿机械设备其所具有的电气系统也不尽相同, 而在实际的作业过程中, 由于作业要求的不同, 煤矿机械设备电气系统也有着不同的应用要求。

1.1 露天煤矿机械

露天煤矿机械主要应用于进行底层浅表煤矿的开采。露天煤矿机械主要包括大型输送机、大型煤炭破碎机以及连续挖掘机等大型机械。之所以在开采工作中都采用大型的机械, 是由于开采工作的性质所决定的。在进行露天开采中, 采用露天煤矿机械进行开采工作, 主要的应用特点就是机械的独立性比较高, 能够自主进行开采工作, 不受到其他机械设备应用的影响, 同时由于在露天环境条件下进行开采工作, 所以作业环境面积较大。在应用露天煤矿机械进行露天开采工作时, 要合理配置露天煤矿机械的控制系统, 在多种控制系统中选用最佳的控制系统, 以保障露天开采工作的顺利进行。一般而言, 露天挖掘机多采用的是液压的控制系统, 而其他的大型机械设备对于电气系统的集成化要求相对较低, 在一定的时候, 可以不利用电气系统来进行指挥操作, 可以直接采用人工进行操作, 因此露天煤矿机械在应用上具有一定的灵活性。

1.2 矿井开采煤矿机械

部分的矿物质处于较深的地下土层中, 在对这些煤矿进行开采工作时, 需要先进行开挖矿井工作, 而矿井开挖工作具有一定的难度, 由此可以看出, 这一阶段的煤矿开挖工作相比于露天煤矿开挖工作要更加的复杂, 其开挖的要求也相对较高。在开挖工作中, 需要采用的相关煤矿机械设备包括:煤矿采掘设备、支护设备、煤矿运输设备以及通讯设备等。其中煤矿采掘设备是生产设备中的主要设备之一, 而这种设备也包含一些分支设备, 有交流变频电牵引采煤机以及连续采煤机等。而其他的设备中也包含很多设备的类型, 可以说, 在煤矿开采工作中使用的机械设备类型相对较多, 由此也不难看出煤矿开采工作的复杂性。而在这些机械设备中, 对电气系统的要求也相对较高, 不仅要求其应该具有足够的反应灵敏度, 而且要能够及时的将信息进行反馈, 从而保障生产的安全, 这样才能够使得开采工作的效率得到有效的提升。

2 常用煤矿机械设备的电气系统特点

2.1 采煤机械的电气系统特点

目前, 井下采掘主要采用的是电牵引采煤机, 结构上通常为多电机并排布置, 采用机载式交流变频无级调速销轨式无链牵引。井下采煤机的电气系统多以计算机操作控制, 并且配有中文状态监控界面, 能够将运行状态、故障警报等实时反馈。电控系统一般包括PLC控制单元、电源、无线接收器等, 由先导主回路、主控制系统和调速系统等部分组成。

主控系统主要由主控器、操作站和电源组成。主控器采用PLC控制系统, 能够将操作站传输过来的操作指令以及采集到的各传感器的控制信号按预定程序进行处理, 获得的结果输送到各执行机构, 以实现对采煤机的控制。操作站是一个计算机系统, 它主要具有两方面功能:一是把采煤机的操作变成对应的指令编码传输给主控器;二是将主控器输出的信息处理后, 显示在计算机屏幕上, 能实时反馈故障和警告信息。

调速系统主要采用的是交流变频调速系统。该系统利用变频器控制交流牵引电机电源供给, 交流变频器无论是对其本身还是对其负载电机都具有完善的保护功能。

2.2 皮带输送设备的电气系统特点

一般皮带输送机的电气系统, 能够实现与地面生产系统及井下给煤机之间设有连锁功能, 使设备运行遵循“逆煤流起车, 顺煤流停车怕勺原则, 并能在事故情况下紧急停车。其电气控制系统具有集成控制、单机、手动等多种操作方式。电控装置与变频器、传动装置、调速藕合器等配合, 能控制带输送机的传送速度, 通过变速来实现皮带机的软停车。

输送机监控系统能够显示皮带速度、电机电流、煤流量运输状态、环境温度等信息, 出现故障还能够实现自动语音报警及故障提示。利用计算机局域网络, 能够和全矿井的监测监控系统联网, 一旦在别的监控系统发出事故警报或故障警报能及时获得联网指令停车。皮带输送机还能实时显示和存储所有监测的运行数据, 包括带传动线速度、运行时间等。对关键监测数据如滚筒轴承温度等, 还能实时显示和记录信息, 实时报警打印, 并提供所有的报警历史信息的查询。

结束语

综上所述, 在目前的机械行业发展中, 机电一体化已经成为了机械发展的主流, 在机械行业发展过程中, 对煤矿机械的自动化水平进行有效的提升, 可以使得生产的效率得到明显的提高, 同时还能够加大监控的范围, 从而使得机械操作的安全性得到保障。随着科学技术的发展, 煤矿机械设备中逐渐开始引用先进的科学技术, 而这些技术主要包括计算机网络技术以及信息通讯技术等, 这些先进技术的应用使得煤矿开采的安全有了极大的保障, 并且实现了电气控制系统的集约化和自动化, 推动了煤矿机械设备的发展。

参考文献

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[4]李星, 朱晓芳, 李艳慧.PLC在电牵引采煤机电控系统中的应用[J].工矿自动化, 2004 (5) :24-26.

电气系统煤矿机械论文 篇2

摘要：:煤矿企业在实际生产、监控、操作的过程中主要采用电气自动化控制。一套优良的电气自动化控制系统对于保证企业稳定、高效的生产运行起着至关重要的作用，同时电气化控制生产的过程，可以给煤矿生产提供足够的安全保证。文章从电气自动化控制系统的控制方式入手来介绍电气自动化控制在软件硬件方面优化的具体方法，引出对于设备的选型原则。

关键词：:煤矿;电气自动化;优化分析

电气自动化控制的技术在煤矿安全生产过程中操控着生产过程的每一个环节，所以要对电气系统进行升级首先就应当对电气化自动控制方法进行升级，同时对于采煤过程中的各个环节进行进一步的效率化控制以及规范处理。为保证采煤系统在工作过程中系统运行的效率和可靠性就要对于井上下供配电系统、通风系统、瓦斯检测系统、综采系统、机运系统以及排水系统等关键点进行重点把握，确保全矿井的安全生产。

电气系统煤矿机械论文 篇3

【关键词】煤矿；机械；电气自动化；应用

科技的发展推动了电气自动化技术的进步，煤炭生产出于对提高产量的需要，迫切需要提升机械设备的自动化水平，从而节约劳动力，提高生产效率。电气自动化技术使得采集数据更准确，把大量人力从危险的生产环境中解放出来，提高了工人生产的安全系数。电气自动化在煤矿机械设备上的主要应用有：

一、煤矿采掘机械设备的电气自动化

1、采掘设备和其他辅助设备技术的发展

电力牵引成为了煤矿采掘机械的主要动力来源。多电机驱动系统被应用到了采掘设备上，电机多采用横向安置，而且随着生产规模的扩大，装机容量不断增大，从常见的1000千万的总装机功率扩大到了1500千瓦，电机的牵引功率达到了120千瓦。交流电牵引电机的使用，不仅提高了设备的效率，而且让设备的运转更加稳定，强大抗污能力减轻了机械维护的劳动强度，所以这样设备受到煤矿生产企业的广泛欢迎。计算机技术是所有设备自动化控制的核心，同时辅以故障诊断技术和传感技术，让采掘设备的自动化程度越来越高，具备了效率、精确、稳定的优点。

除了采掘机械的进步，生产中要使用的输送设备也不断向重承载和多样化的方向发展。技术先进的国家已经引入了双速电机，而且能够依靠计算机技术实现对煤矿生产的过程的全程监控。液压支架是保证安全采掘的重要工具，引入计算机技术后，可以实现电液控制自动化和高压大流量供液，从而使支架的移动速度提高了7秒/架左右，使得煤炭采掘的功率和效率有了大幅度提升，增强了煤炭生产的可靠性。

2、我国采煤机自动化技术同世界先进技术的差距

虽然我国在采煤设备电气自动化技术上有了明显的进步，但是同世界产煤发达国家相比，差距也是很明显的。采掘机的最大装机功率仅为830千瓦，液压牵引功率仅为500千瓦，电牵引的应用规模不大，电牵引设备主要依赖进口，交流电牵引的电控部分更是完全进口。国产的电牵引采煤机尚处在研发阶段，仅有少量的研究成果可以在实践中应用。工作面输送机连接强度差，运输能力差，整体效率低下。液压支架的电液控制系统和判断故障的微控制系统都不能实现国产。所以，从总体上来看，我国煤炭采掘设备的电气自动化技术的发展仍处在落后局面之中。

二、煤矿运输提升设备的电气自动化

从上个世纪八十年代开始，我国煤炭的开采量急速增长，在大型的煤矿中，胶带运输是输送厚煤的主力设备。为了满足形势发展的需要，我国大力推动了胶带运输中的工况监控系统的研发并取得了重大突破。系统中融合了计算机技术和PLC技术后，实现了保护的综合化和系统化，DCS结构的应用使地面监控得以实现。同时，通过科研人员的努力，我国自行研发和胶带机全数字直流调速系统以及胶带集中监控系统，在生产中表现出了卓越的性能。

电气自动化技术的成熟和普及，使得交流变频器技术得到了发展，从而推动了调速系统的进步。在技术先进的国家里，采煤提升机的控制技术已经相当完备，通过PLC来完成中心控制，同时达到了提升工艺控制、同路行程控制以及安全回路监控等多个目标，从而实现了真正的全微机监控，提高了提升设备的安全性。

三、变电站综合自动化系统在煤矿生产中的应用

供电系统是煤矿机械设备得以运转的动力，实现变电站的自动化对于机械设备电气自动化具有重要的意义。下面针对一般规模的煤矿，来阐述一下变电站综合自动化系统在煤矿生产中的应用。

1、35KV变电所工程的基本情况

基本设备包括5kV线路双回，主变压器2台，6kV出线（电机，厂变等）X回，6kV母联2回，35kV PT2回，6kV PT2回等，该变电所的保护和监控的微机综合自动化系统的结构如图1所示。

鉴于煤矿电力供应和设备运转的需要，设计中的主变压器、35线路采用集中组屏方式，主控制室内安装了后台监控系统，每个开关柜上装有6kV保护装置，各保护装置均可以从通讯接口把信息传到后台监控系统。这样的设计既便于操作，又节约空间。

2、变压器成套保护设备

主要的保护装置有变压器差动保护装置MTPR-110SD、综合测控装置MMCU-10H等设备。可以满足对匝间短路、相间短路等变压器内部故障和外部故障的安全应急。同时，对短路接地、过负荷、过流等危险情况以及变压器本体如轻重瓦斯、温度、压力释放等故障起到保护作用。

对于35kV线路保护，使用的是MLPR-10H2型微机线路保护装置，具体由三段式过电流保护、单相接地保护、后加速等保护组成。系统中还有一台微机型PT切换和一台低电压保护装置MPTS-10H，可以实现双母线或单母分段主接线方式下的PT转化，从而具备了两段母线的测量保护、绝缘监视、切换等作用，同时可以监控和低压保护两段没有关联的母线。

3、后台计算机监控系统

后台监控计算机系统可以使用目前国内比较先进和稳定的珠海万力达的WLD2100变电站综合自动系统。该系统由监控保护单元、通讯管理机和后台监控计算机系统组成。监控保护单元采用的是隔层设计，通讯的中心设备是通讯管理机，具有间隔层设备的通讯信号转换、监控后台计算机和传達上级调动的功能。后台的监控计算机能够介绍到现场采集的全面信息以及保护设备发出的信息，并对这些信息进行统计、分析、核对、判断、显示和打印，记录安全事件，并能发出警报，从而监控站内的所有运转情况。而且计算机还具有远程控制功能和强大的数据处理功能，可以全面提升整个变电站的自动化水平。

四、结束语

在科学技术不断发展的现代社会，信息化技术延伸到了煤矿生产的各个环节，成为了维持和提高煤炭生产的重要技术支撑。从整体发展情况来看，我国电气自动化技术与发达国家相比是非常落后的。尤其现在煤矿事故频发，而电气自动化在煤炭安全生产方面也可以起到非常积极的作用，用该技术发展的监测装置，如遥测仪、断电仪、红外线设备等，尤其是发展我国相对较弱的传感技术，可以大大提升煤矿设备的安全性能。所以，从长远的发展来看，国家要提高的足够资金、人才和技术的投入，确保我国煤炭产生沿着高效、安全、环保的方向不断前进。

参考文献

[1]蔡依然.论电气化技术的应用前景分析.焦作大学学报，2009，08

[2]林少白.提高煤炭生产的自动化技术研究.煤矿机电，2008，07

[3]董林.煤炭设备电力牵引技术的应用.煤炭开采，2007，05

作者简介

煤矿机械设备电气系统的应用特点 篇4

进入21世纪, 随着我国工业行业的高度发展, 对煤的需求量也在逐渐的增多, 这也对煤矿行业的发展带来新的挑战机遇。随着煤矿逐渐受到我国各行各业的重视, 尤其是我国的工业领域, 对煤矿的开采量也在逐渐的增多。然而在煤矿开采的过程中, 主要是依靠机械作业的形式, 进行煤矿开采工作。但是, 在现代煤矿开采的过程中, 为了有效保证煤矿生产的安全和质量, 那么在煤矿开采的过程中, 工作人员就需要对煤矿电气系统进行有效的利用, 保证煤矿开采工作的安全性和质量。本文就对煤矿机械设备电气系统的应用特点进行了分析和阐述, 希望可以我国的煤矿行业在不断的发展中, 起到一定程度上的帮助。

1 煤矿机械设备的介绍

煤矿机械是重机械的重要组成部分, 其中包括很多的大型机械。因此, 在不同的机械设备运行的过程中, 其电气系统而也是有所不同的。在煤矿开采的过程中, 处于较深的煤矿, 就相应的就会用到一些较为大型的机械设备, 其主要含有:巷道掘进和支护设备、煤矿采掘设备、煤矿输送设备、人员交通设备、通风设备、安全监控设备等。利用这些设备, 可以有效的将岩石煤矿和混合煤矿进行挖掘, 这不仅仅在可以有效的提升工作效率, 也改变了传统的煤矿开采技术, 其安全性也相对得到了很大程度上的提升。

2 煤矿机械设备电气系统应用的特点分析

在煤矿开采的过程中, 工作人员要对机械设备电气系统的应用形式和特点, 进行详细的分析, 这样才可以并提高煤矿开采的效率, 进一步提高了安全的性能。

2.1 开采机械设电气系统的应用特点

近几年, 我国煤矿在开采的过程中, 重要是利用电牵引采煤机, 在结构上一般是由多个电机进行布置, 并利用机载式交流变频进行煤矿的开采工作。在井下煤矿开采的过程中, 工作人员在利用煤矿机械设备电气系统进行工作的过程中, 一般是利用计算机技术进行控制的, 并且在煤矿机械设备电气系统运行的过程中, 也会相应的监控护面, 能将其整个运行的状态和出现的问题, 进行一定及时的反馈, 这样工作人员就可根据煤矿机械设备电气系统反映的问题进行及时的解决, 这样不仅仅提高了煤矿开采的工作效率, 也对工作人员的生命安全进行了保证。

煤矿机械设备电气系统主要包括有:PLC控制单元、电源、无线接收器等, 由先导主回路、主控制系统和调速系统等各个部分所组成的。其中主系统主要包括有:主控器、操作站和电源等这几个部分组成, 这几个部门可以将操作站的信息和命令进行有效的传递, 并对控制的信号近些年有效的处理, 最终获得结构, 并将其结构传输到各个电气系统中, 以此实现了对开采机械的控制。操作站其实就是计算机的一个系统, 主要是将命令的编码进行一定的控制和传输, 并对其信息进行处理, 最终显示在展现的计算机屏幕上, 为煤矿开采工作提高了准确的信息。

2.2 皮带传输机械设备的电气系统应用特点

皮带机械电气系统主要是对生产地面和井下煤矿开采的重要连接工具, 其设备在运行的过程中, 是按照“逆煤流起车、顺煤流停车”的运行的原则, 并且当有事故发生的时候, 能够进行紧急的停车。同时皮带机械电气系统具有集成控制、单机、手动等多种形态的操作形式。并且在皮带机械电气系统运行的过程中, 还需要电控装置、变频器、转动装置、调速藕合器等设备的配合, 这样对皮带机械电气系统的速度, 就可以良好的进行控制, 通过变速的形式, 对停车的形式进行一定程度上的控制。

另外, 在皮带机械电气系统运行的过程中, 还具有一定的健康系统, 对其运输的速度、电机电流、煤流量运输进行了有效的监控, 并对井内的环境和温度, 也进行了监控, 这样在有任何问题出现的时候, 皮带机械电气系统就可以及时的进行反馈, 方便了人们的对事故进行及时的处理, 避免安全事故的发生。同时, 在皮带机械电气系统运行的过程中, 也可以向相关的信息数据进行一定程度上的保存, 这样可以为以后的工作, 提供了良好的参考信息, 提高了煤矿开采工作的效率。

3 结束语

通过以上的综合论述, 我们可以知道, 煤矿机械设备电气系统是我国煤矿开采的重要的信息技术。本文对煤矿机械设备电气系统的应用特点进行了简要的分析, 希望可以促进我国煤矿行业的发展, 并对其安全性也进行了进一步的提高, 进一步的推动了我国经济的发展。

参考文献

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[2]赵忠忠.煤矿机械设备电气系统应用特点探析[J].山东煤炭科技, 2015 (02) :113-115.

[3]殷木胜.煤矿机械设备电气系统的应用特点[J].黑龙江科技信息, 2015 (10) :5.

电气系统煤矿机械论文 篇5

4.4 系统软件配置

系统软件配置包括Windows NT操作系统、IBS OPC SERVER、Diag+故障诊断软件、轨道参数记录及打印程序、上位机监控软件Visu+、下位机编程软件PC WORX 5。

4.4.1 上位机监控软件

本系统采用Visu+作为上位监控软件。对于过程的组态，所有的Phoenix Contact公司的HMI设备均使用强大的组态软件Visu+，它除了完全的SCADA功能（例如：操作与监控、趋势图、报警信息等）之外，同时还提供诸如：数据采集、记录、配方管理、数据库连接、企业资源计划系统（ERP）连接等。Visu+软件的开发接口设计清晰、操作直观、所有的组态画面元素能够轻松的通过鼠标点击或拖拽实现。

4.4.2 IBS OPC SERVER软件

OPC适用于可视化的标准运行阶段接口。通过INTERBUS OPC服务器，这个接口可以用于INTERBUS主站和PC WORX编程控制系统、PC接口和嵌入式解决方案中。通过这种方式，可以简单地与使用OPC客户端的可视化软件相连接，如Genesis 32，Visu+等

4.4.3 Diag+故障诊断软件 深圳稻草人自动化培训

INTERBUS提供了操作舒适的全面诊断功能，并且Diag+软件工具完全支持这些功能。通过Diag+，可以实现简单而全面的诊断，也可以实现基本的INTERBUS功能。Diag+可以作为独立的诊断工具来操作，也可以作为ActiveX组件将INTERBUS诊断集成在设备和系统的可视化软件中。图形化设计使得诊断功能可采用低分辨率显示，因此也适用于小型手持诊断设备。这些诊断可以通过INTERBUS主站上的任意接口（以太网、V.24和ISA/PCI总线）来完成。这样，通过一个INTERBUS主站，就可以从任何位置对控制系统网络中的每个控制系统实现诊断。这意味着INTERBUS系统的诊断变得更加简便和通用。

4.4.4 下位机编程软件配置

本系统采用PC WORX 5作为下位机编程软件。下位机编程软件PC WORX 5为控制系统提供了一个现代化开发工具。当PC WORX 5连接到现场总线的控制系统上时，它不仅提供了符合IEC 61131-3标准和IEC 61131-5标准的方便编程工具，还可方便进行INTERBUS组态。PC WORX 5还包括对INTERBUS的简易诊断。

4.4.5 轨道参数记录及打印程序

轨道参数记录及打印程序是为实现铁路大型养路机械电气控制系统中传统记录仪功能而开发的一个专用程序。它可以实现轨道参数的记录、查询、分析及打印。结束语

在当今科学技术迅猛发展的时代，各种新技术、新产品、新的控制理念不断涌现。铁路大型养路机械产品电气控制系统的设计思路也应跟上科技发展的步伐，采用新的设计理念和目前世界上比较先进的控制技术。

过去，总线在铁路大型养路机械电气控制系统中已经有成功的应用。如在生产的CEM 100型架线车上全套使用RS-485工业总线控制系统；在CMG-16型道岔打磨车上使用以RS-485工业总线为主、结合Profibus-DP现场总线的控制系统；在CPH型道岔铺换机组上使用以“无线发射器+无线接收器+ CANBUS总线+PLC”的“一对多”控制系统；以“PLC+本地I/O”组成的程序控制系统，也在D0832捣固车上使用，经过半年多的试验，获得成功。

现在，工业计算机技术、PLC技术、现场总线技术、网络技术均获得了极大的发展和广泛的应用。本文提出的基于PPC工业计算机、PLC及INTERBUS现场总线的铁路大型养路机械电气控制系统，它集成了柴油机监视控制、高速走行监视控制、作业监视控制等，它实现了集中监视、集中处理、分散控制，在铁路大型养路机械上则是一种新的设计和尝试。它应用于作业工况最差的稳定车上，将全面检验系统的各项指标：可靠性、稳定性、抗冲击性能、经受高温、高湿的能力，特别是抗频率振动性能力。如果该套控制系统在新型稳定车深圳稻草人自动化培训 上的应用获得成功，那么，它的设计理念和方法在铁路大型养路机械上全面推广使用便成为可能；它作为一种完全不同于

电气系统煤矿机械论文 篇6

【关键词】煤矿电气设备;供电系统;保护应用

1.引言

我国是一个幅员辽阔的国家，同时也是一个煤炭储备的大国。而对于煤炭资源的开发工作而言，其不仅能够较好的为我国的工业发展提供宝贵的能源材料，同时也是保障我国经济高速发展的重要环节。而随着近年来我国各项科技水平的发展，使得我国煤矿工程的建设规模也在这个过程中得到了不断的壮大，越来越多的电气设备被应用到了我国煤矿的工作之中。但是，由于我国对于电气设备所应用的时间还较为短暂，且无论是管理手段还是管理的机制都不是很成熟，这就使得我国煤矿企业在电气设备应用的过程中存在着管理以及应用之间相脱离的情况出现，对于我国煤矿工程的发展来说带来了较大的影响。对此，就需要我们能够及时的对目前电气设备应用过程中所存在的问题进行一定的研究与分析，并以针对性的方式对其进行解决。

2.煤矿电气设备以及供电系统实际应用中存在的问题

2.1 电气设施线路问题

对于电气设备中所使用的线路问题来说，其可以根据其性质而归类到电力安全方面，且这种问题在我们煤矿电气设备应用过程中也经常会出现，且其会由于供电体系的连接机电力传输都要以供电线路为基准，所以相应的线路出现问题时往往会对整个系统的电力供应产生较大的影响。而在我们对整个系统的电力进行供应的过程中，这部分电力线路所具有的传输效率也会对相关线路的流通产生一定的影响，且不同线路之间所具有非常密切的相关性也会在线路出现故障时使我们很难对其进行检修，可以说是电气设备以及供电系统实际运行过程中产生影响较大的一个因素。

2.2 煤矿电气设备系统

对于部分煤矿中所具有的电气设备系统来说，其中所具有的系统漏洞也会对整个煤矿电气系统实际运行过程的安全性产生较大的影响。而为了使我们能够对工业建设同人们日常的电力供给作出有效的保障，作为电力企业来说也需要对自身的不同系统进行完善，比如加大系统产量等等。而在电厂实际改造的过程中，其却可能由于自身执行以及技术方面所存在的不足而使系统出现一定的漏洞，并随之造成电流的流失，在面对这部分问题时如果我们不能够及时的对其进行处理，那么则会对煤炭企业电力的使用以及生产造成较大的影响。

2.3 超负荷发电

对于我国目前的社会来说，可以说是一个电力的社会，无论是人们的工作还是生活都离不开电的存在。而这种情况则会直接提升了社会对于供电公司的压力，使其为了以稳定的方式为社会进行供电而往往一直处在一个超负荷的运行状态之下，长此以往则会对相应的电力供应设施以及煤矿电气设备具有较高的安全隐患，对于煤矿企业的正常工作来说具有较大的威胁。

3.煤矿电气设备以及供电系统的保护措施

3.1 定期检修供电系统

对于煤矿的供电系统来说，其在长时间的运行过程中往往会受到人为操作以及自然天气等方面原因的影响而产生一系列的故障，而如果这部分故障在发生之后没有被及时的处理，那么则会对整个供电系统的正常运转产生较大的影响。对此，就需要我们能够以定期的方式对电力系统进行安全隐患的排查，从而以此来保障整个电力系统能够得到正常的运行。而在发生问题之后，在解决问题的同时也需要对问题出现的原因进行一定的分析并记录，从而在此基础上在日后做好相关的防护措施，进而避免类似问题的再次发生。

3.2 电力供给自动化

随着我国近年来计算机水平的提升，使得自动化成为了很多企业系统建设的趋势。而为了能够帮助我们有效的减少煤矿供电系统中由于工作人员操作失误而产生的一系列问题，就需要我们以自动化系统的方式来进行供电。通过供电系统自动化模式的建立，不仅能够帮助我们将供电系统能够以软件设置的方式自动运行，还能够以电子工作的方式保障系统能够达到最大的工作效率。而在此系统正常运转的过程中，工作人员只需要对该系统进行全面的控制以及监督即可，从而在確保系统相关参数正确的基础上保障整个系统得以安全的运转。而在电气系统建设的同时，工作人员也需要能够做好系统相关细节的监控以及关注工作，从而在严格防护的基础上最大程度的发挥自动化供电系统的作用，进而以更为安全、高效的方式保障供电系统的正常稳定运行。

3.3 触电防护

在煤矿供电的过程中，触电情况也经常出现，为工作人员的安全造成了非常大的威胁。对于触电的方式来说，其主要分为两种：单项触电与双向触电。人在发生触电情况时，所造成后果的大小往往会由于其触电方式的不同而存在一定的区别，而不同类型的触电故障又会对人们带来不同的安全隐患。对此，我们则需要做好煤矿供电的防触电工作，首先，我们需要对煤矿供电系统的稳定性进行提升，并且在对电压使用时也应当能够首先对相关的绝缘装置等等进行全面细致的检测，从而在保障安全之后才正式开始使用。其次，工作人员也需要能够做好煤矿电气设备中绝缘接口以及电缆接头的处理，从而在保障其良好封闭性的基础上避免出现漏电情况。

3.4 继电保护装置

继电保护装置是一种能够对电力系统不正常状态以及系统故障进行及时反映的装置，能够及时的在断路器出现跳闸情况时向系统发出故障信号。其主要分为以下几个部分：

3.4.1 现场信号输入装置

现场信号送入继电保护装置一般要进行必要的前置处理，如采用光电隔离技术消除干扰信号;电平转换电路使低信号变为强信号易于处理;低通波除高频信号及纹波电压等，使继电器能有效地检测各现场物理量。

3.4.2 测量装置

它是检测经现场信号输入电路处理后与被保护对象有关的物理量，并与已给定的设定值或自动实时生成的判据进行比较，根据比较结果给出“是”或“非”，即0或1性质的一组逻辑信号或电平信号。

3.4.3 逻辑判断装置

它是根据测量部分各输出量的大小、性质、逻辑状态、输出顺序等信息，按一定的逻辑关系组合、运算，最后确定是否应该是断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。

3.4.4 执行装置

它是根据逻辑判断部分送来的出口信号，完成保护装置的最终任务，主要负责保护装置与现场设备的隔离、连接、电平转换、出口跳闸的功率驱动，以及现场设备状态信息的返回等，以使继电保护装置能可靠地工作。电气设备和电力设备发生故障时跳闸，不正常运行时发出信号，正常时不动作的。

4.结束语

总的来说，煤矿的电气设备以及供电系统的稳定运行是保障煤矿各项生产得以正常开展的重要基础，需要我们能够对其引起充分的重视。对此，就需要我们在煤矿电气设备以及供电系统工作的过程中能够更好的联系实际，从而以更具针对性的方式保障其稳定运行。

参考文献

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电气系统煤矿机械论文 篇7

关键词：煤矿机械设备,电气系统,应用特点

近年来, 钢铁行业的产能在迅速地扩大, 而居民生活用电与工业用电量也在迅速增长, 导致发电用煤与冶炼用煤量的规模都十分巨大。煤矿机械作为煤炭开采所必需的机械设备, 在当前形势下, 必须保证高效运作和安全作业。因此, 煤矿机械的电气系统也具有独特的操作特征。

1 煤矿机械设备概况

煤矿机械作为重型机械的一大分类, 包含有多种大型机械, 不同的煤矿机械其电气系统往往也由于作业要求不同, 有所区别。

1.1 露天煤矿机械

对于地层浅表煤矿, 往往可以直接露天开采。露天开采主要采用的设备有:能够对覆盖土层进行掘运的连续挖掘机、大型输送机、大型煤炭破碎机、大型运输矿用车等。这一类设备的特点是, 作业环境较大, 单台设备作业独立性较高。对于这类机械设备的控制系统, 可以有多种方式。露天挖掘机多是以液压控制为主, 露天输送机与大型破碎机等设备的电气系统集成化要求较低, 必要时甚至可以采用人工定岗操作。

1.2 矿井开采煤矿机械

一些处于地层较深处的煤矿, 就必须要开挖矿井进行采掘, 这种开采方式的作业难度与要求与露天煤矿相比要高且复杂。主要包括:巷道掘进和支护设备、煤矿采掘设备、煤矿输送设备、人员交通设备、通风设备、安全监控设备等。

作为主要生产设备, 煤矿采掘设备主要有交流变频电牵引采煤机、连续采煤机等;巷道掘进设备有岩石挖掘机、混合煤岩掘进机、硬质岩石掘进设备等;输送设备主要有皮带输送机、刮板输送机、提升机等。

作为保障生命的设备, 通风设备主要有防爆风机、除尘风机、局部通风机等;巷道支护设备主要有液压锚杆钻机、气动锚杆钻机等;安全监控设备主要有爆炸和有毒气体监测设备、温度监测设备、氧气监测设备等。这些设备的电气系统需要灵敏的反应, 并能实时反馈, 安全生产才是重中之重。

2 常用煤矿机械设备的电气系统特点

以下主要介绍两种主要的煤矿机械的电气系统的特点。

2.1 采煤机械的电气系统特点

目前, 井下采掘主要采用的是电牵引采煤机, 结构上通常为多电机并排布置, 采用机载式交流变频无级调速销轨式无链牵引。井下采煤机的电气系统多以计算机操作控制, 并且配有中文状态监控界面, 能够将运行状态、故障警报等实时反馈。电控系统一般包括PLC控制单元、电源、无线接收器等, 由先导主回路、主控制系统和调速系统等部分组成。

主控系统主要由主控器、操作站和电源组成。主控器采用PLC控制系统, 能够将操作站传输过来的操作指令以及采集到的各传感器的控制信号按预定程序进行处理, 获得的结果输送到各执行机构, 以实现对采煤机的控制。操作站是一个计算机系统, 它主要具有两方面功能:一是把采煤机的操作变成对应的指令编码传输给主控器;二是将主控器输出的信息处理后, 显示在计算机屏幕上, 能实时反馈故障和警告信息。

调速系统主要采用的是交流变频调速系统。该系统利用变频器控制交流牵引电机电源供给, 交流变频器无论是对其本身还是对其负载电机都具有完善的保护功能。

2.2 皮带输送设备的电气系统特点

一般皮带输送机的电气系统, 能够实现与地面生产系统及井下给煤机之间设有连锁功能, 使设备运行遵循“逆煤流起车, 顺煤流停车”的原则, 并能在事故情况下紧急停车。其电气控制系统具有集成控制、单机、手动等多种操作方式。电控装置与变频器、传动装置、调速耦合器等配合, 能控制带输送机的传送速度, 通过变速来实现皮带机的软停车。

输送机监控系统能够显示皮带速度、电机电流、煤流量运输状态、环境温度等信息, 出现故障还能够实现自动语音报警及故障提示。利用计算机局域网络, 能够和全矿井的监测监控系统联网, 一旦在别的监控系统发出事故警报或故障警报能及时获得联网指令停车。

皮带输送机还能实时显示和存储所有监测的运行数据, 包括带传动线速度、运行时间等。对关键监测数据如滚筒轴承温度等, 还能实时显示和记录信息, 实时报警打印, 并提供所有的报警历史信息的查询。

3 结语

当前, 在机械行业, 机电一体化是技术的发展的主流。提高煤矿机械的自动化水平, 能够有效提高生产效率并且扩大安全监控范围。计算机网络和信息通讯技术等高新技术开始在煤矿机械设备中推广应用, 这些技术的应用大大提高了煤矿安全监控的效果, 为安全采煤提供了可能。电气控制系统的高度集成与高度自动化运作, 是煤矿机械未来发展的必然方向。煤矿开采作业人员应该提高自身应用这些自动化设备的能力, 不仅可以减轻传统开采的繁重劳动, 也能提高作业人员自己的人身安全。

参考文献

电气系统煤矿机械论文 篇8

1 采煤机的电气控制系统

采煤机是以旋转工作机构破煤并装入运输设备的采煤机械。当前, 我国煤矿采用的大多为电牵引采煤机, 其总体结构常为电机横向布置, 电源电压3300V, 牵引方式多为机载交流变频无极调速消轨无链牵引, 通过计算机控制和操作, 并以中文显示其运行状态和故障检测。整机由多电机驱动, 框架为整体框架焊接结构, 破碎装置、摇臂和主机架通过销轴铰接, 各部分的电机可方便的装入或拆除, 部件之间没有动力连接和传递, 检修和维护更加方便快捷。

现在的新型采煤机的电气控制系统通常包括电源单元、PLC单元、遥控接收器、本案电源、端子板等。由主回路、先导回路、调速系统和主控制系统组成, 主控器通常采用PLC系统, 其主要作用为将操作显示站传递的操作指令、各传感器采集到的控制信号根据编制的程序进行处理, 并通过驱动电路将处理完毕的结果传送至各个执行机构, 控制采煤机。操作显示站是一个计算机系统, 具有现实和传输的功能:一是将采煤机的操作转换为指令代码并通过电缆传递给主控器, 二是处理主控器输出的信息, 并以汉字与数字字符的形式显示到屏幕上。

调速系统主要包括交流变频调速系统, 开关磁阻电机调速系统和电磁调速系统。交流变频调速系统由变频器控制交流牵引电机并供给电源, 交流变频器为其所负载的电机及其自身提供保护功能。开关磁阻电机调速系统由控制器和开关磁阻电机组成。电磁调速系统则有计算机调速控制器和电磁调速电动机组成。产生故障时, 主控计算机可现实相应警示信息与故障保护信息, 并具备故障记忆功能, 断电时能够保存故障信息, 方便上电查询。

2 胶带输送机的电气控制系统

PLC作为控制核心, 可以监视、监测和控制软件作为界面实现以下功能:井下给煤机, 主斜井皮带机和地面生产系统间有连锁功能, 遵守“逆煤流启车”、“顺煤流发车”的原则, 在发生事故时不堆煤;具有单机、集控、检修、手动等工作方式;电控装置和调速型液力耦合器、变频器、液体粘性传动装置、CST、电软启动装置配合, 控制胶带输送机的加减速, 实现胶带输送机的启动与停车, 且启动、停车和加减速应控制在0.3m/s2内, 满足较低加速度启动与重载启动的要求, 并保证多个电机功率的平衡;上位机监控:显示胶带传送的速度、煤流量、电流、堆煤、跑偏、打滑、温度、烟雾等信号, 实现故障自动提示和报警;在上位机上显示分站信息, 并以汉字进行提示和报警;组网:与整个矿井的监控系统进行联网, 实现数据远距离传送和远程监视。

3 矿井提升机的电气控制系统

矿井提升机是矿山重要的设施, 是井下设备与人员和外界相沟通的唯一通道, 随着计算机技术和PLC技术的不断发展, 通过先进的控制技术对传统的矿井提升系统进行改善, 能够有效提高矿井提升机的自动化水平、可靠性与安全性。其原理为通过减速器将动力传递给卷筒, 做到提升或下放容器, 盘形制动器则有液压或电气控制制动, 通过传感器和测速发电机等元件构成安全保护系统。采用计算机技术后, 矿井提升机的安全保护系统变得更加完善, 矿井提升机的电控装置以数字控制为核心, 基于PLC控制系统实现对全过程和全方位的动态监控, 通过数字位置指示和故障显示、打印、记录, 与上位计算机进行在线即时通讯, 对新型产品进行监控, 并通过数字直流调速模块实现与大功率变流器的技术连接, 实现全数字化控制, 还可采用两台计算机, 每台均设有独立的传感、测量装置及数据处理系统, 互为备用, 对提升进程进行直接、间接测量, 并进行比较和矫正, 实现对进程的自动控制, 使安全性与可靠性大为提高。

交变频提升机的特点主要包括:圆形磁场具有良好的调速性能, 电压利用率高, 转矩脉动小, 输出转矩大, 低频运转性能良好;多种故障保护和优先排序的故障诊断功能极大地提高了整机的灵活性;薄膜面板设计使操作更加灵活, 功能更加齐全, 使变频调速器的应用场合大大增加, 且调速性能良好。

4 掘进机的电气控制系统

新型掘进机的电气控制系统基于PLC控制单元, 实现对电气系统各单元启、停的集成控制及其他与生产过程有关的各种逻辑功能的控制。掘进机的电气控制系统如图1所示。

掘进机的电气控制系统 (由控制室、工控室、调制解调器组成) 由电子保护器对电动机进行保护, 由电流互感器实现对回路的监控, 判断回路运行状态并将结果反馈至PLC主控单元。图一显示系统能够将运行时产生的故障反馈至中文界面, 使工作人员及时了解相关情况, 并快速做出反应排除系统故障。

5 结语

随着当前社会各行业对能源需求的增大和科学技术的进步, 煤矿机械的电气控制系统将更加完善, 在技术进步的同时, 我们也应认识到, 我国的电气自动化控制技术与国外先进水平还存在一定的差距, 只有积极学习国外更加先进的技术并投入应用, 才能促进煤矿生产的不断进步, 保证国民经济的发展。

摘要：煤炭是国民经济发展的重要基础, 在我国现阶段的一次性能源消费结构中, 煤炭可占70%左右, 且在可预见的一段时间内仍将作为我国主要的能源之一, 因此, 保证煤炭工业持续、健康、稳定发展应是我国的重要国策。机械设备是煤矿作业中的重要设施, 其现代化、自动化水平对矿井的生产具有重要的意义。文章就煤矿机械的电气控制系统的设计进行分析, 希望能在相关人士使用设备时提供帮助。

关键词：煤矿机械,电气控制系统,设计

参考文献

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[3]雷沂生, 陈刚, 雷水生.矿用电气设备的选择[J].山东煤炭科技, 2009 (3)

[4]龚超, 宋玉琴.基于四象限运行的采煤机电控系统研制[J].现代电子技术, 2008 (21)

煤矿电气设备与供电系统的保护 篇9

紧紧围绕建设现代化、数字化、集约化、节能环保型露天煤矿的目标要求, 密切配合, 创新管理, 创新技术, 大大促进了露天煤矿科学发展。露天煤矿自开工建设以来, 实现了安全生产。矿井变电所高、低压设备的选型设计及安装均严格按照规程规范的要求进行, 避免火灾等事故的发生, 为保障矿井安全, 地面主通风机、瓦斯抽采站等均为双电源、双回路供电。所有6KV馈出线都安装了速断、过电流, 过负荷及单相接地等保护。在变电所继电保护整定时, 保证速断保护动作灵敏度大于1.25, 过电流保护动作灵敏度大于2.5。矿井的两台主变压器安装了差动、过电流、过负荷及温度信号保护等, 所有的保护设备动作灵敏度均达到规程要求。

露天矿在过去的生产过程中造成经济损失, 针对这一问题, 提出了研发应力远程智能监测系统的构思和系统的框架设计、科研立项, 并与中国矿业大学进行联合研发。电气设备应力远程智能监测系统, 采用数据智能自动采集和无线传输系统, 由应力传感器和采集发射控制电子系统组成, 控制电子系统发出非连续激发信号给传感器, 同时接受、储存并处理反馈信号并将信息发射给远程接收系统。把应力传感器和采集发射控制电子系统安装在坑下边坡若干个点上, 接收系统实时自动接受现场传来的数据给计算机, 自主开发的分析软件系统对接受的数据自动分析, 计算机上可显示现场工程信息、设备工作信息, 计算机实时更新的动态监测曲线, 实现了对露天矿生产过程的实时远程智能监测。

预防性试验是对设备性能的检测, 做好设备的预防性试验, 是供电设备、设施安全可靠运行的保证。在露天矿使用条件下, 防雷装置建议每年进行1次。对开关柜的传动试验应2~3年进行1次。变压器应根据变压器的使用情况 (如外部短路冲击等) 安排检查试验。矿井变电所内严禁堆放可燃物、助燃物。必须备有足够数量的沙箱和灭火器械。变电所各通道应畅通, 门向外开启, 以利于事故时人员安全疏散。严禁井下配电变压器中性点直接接地, 严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电, 井下电气设备正常不带电的金属外壳都应可靠接地。

2 露天矿供电系统

在露天矿停送电时, 采用无线调度系统进行联络, 辅以录音系统, 要给予停送电职员的优先权。同时供电设备治理实行挂牌制度, 停送电职员要熟知供电系统, 进行停送电前, 要认真核对标示牌, 确保停送电正确。

根据生产和季节特点进行有计划、有重点的安全检查。如做好防寒、防冻、防火、防小动物短路和注油设备的检查;防洪防汛期间做好雷雨季节的防雷装置和各输电线路的检查, 加强高温、高负荷期间的设备的巡视。对检查发现的缺陷和隐患, 按“三定、四不推”原则制定整改措施按时完成整改。

露天矿供电系统所选用的移动变电站, 采用经电阻接地, 由于露天矿采掘场6k V线路大部分使用电缆线路, 其对地电容一般在0.5~1.5uf, 电容电流较大, 接地电弧不宜自熄, 易产生弧光间歇接地过电压。采用经电阻接地方式后改变了接地电流相位, 使接地电流自熄, 消除了弧光间歇接地过电压, 既可以提供足够的电流与零序电压, 又使接地保护动作可靠。

3 露天矿安全防范工作治理

露天矿结合地质赋存条件, 充分发挥各工艺优势, 确立了综合开采模式。加大投入, 实行自动化控制, 加强信息化管理。在大型设备、工艺节点、重要岗位等生产生活现场, 建立全面远程动态安全监控系统, 实现监控监测信息化;与生产过程相结合, 与设备管理相结合, 实现生产计划设计自动化;建立地质模型、生产计划、测量验收、设备定位及故障信息、计量系统等软件平台, 实现集成应用一体化。缩短信息反馈时间, 减少设备隐患, 降低人员风险。为确保井下安全, 还需要将机械的废气排放控制在最低限度, 因此需要结合通用电气的电力驱动及电瓶电池技术。另外还将考虑开发井下无人操作机械等。

矿山开采分为在地面采矿的露天开采与在地下掘进的井下开采。对于煤矿来说, 露天开采与井下开采的比例基本上是各占一半。但采矿条件良好的露天开采正在不断减少, 而井下开采则会越来越多。矿山机械目前在露天开采方面具有明显优势。比如利用全球定位系统对超大型自卸卡车进行无人驾驶操控的产品等。但尚未着手井下开采用机械。从长远来看, 需要在井下开采方面也能提出独具特色的产品方案。

4 结语

在露天矿电气设备与供电系统中, 露天矿安全防范工作在运行治理当中, 需要不断总结完善, 不断加强安全意识, 真正使露天矿供电系统达到安全可靠运行的目的。

摘要：安全工作已是矿山管理的重要目标。本研究对露天矿采掘场特殊的作业环境, 其供配电系统的安全装置以及安全防范也提出特殊的要求, 做好露天矿供配电系统的安全防范, 保证安全可靠的运行。

关键词：露天煤矿,电气设备,供电系统

参考文献

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[5]邓建忠.基于煤矿供电系统和电气设备保护的探讨[J].中国新技术新产品, 2011, (24) .

电气系统煤矿机械论文 篇10

煤矿井下爆炸性环境用本质安全型产品的主要设计依据是GB 3836.4《爆炸性环境 第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》,涉及本质安全电气系统方面的标准GB 3836.18《爆炸性环境 第18部分:本质安全型系统》暂未涵盖煤矿井下I类本质安全系统(只包含II类本质安全系统)。国际上,新版 IEC 60079-25虽然在范围上已包括I类、II类和III类电气系统,但对I类本质安全系统的技术规定仍很不完善。本文在了解国内煤矿本质安全设备现状和研究国内外最新本质安全系统防爆技术的基础上,结合GB 3836.18和IEC 60079-25标准的规定以及具体的实践认知,提出针对煤矿井下本质安全电气系统设计和评定的关键要素及实用方法,供关注煤矿本质安全防爆技术的同仁研究参考。

1 本质安全电气系统的概念

本质安全电气系统是用于爆炸性环境的电路或部分电路是本质安全电路的电气设备互连部分的组合,通常包括关联设备、本质安全设备及其之间的互连导线或电缆,如图1所示。这种系统组合的安全性和兼容性要通过检验或评定才能确认,并且在规定构成本质安全系统的电气设备、电气设备的电气参数及其互连导线电气参数的系统描述文件中进行详细规定。

1-获防爆合格认证的本质安全设备;2-电缆;3-获防爆合格认证的关联设备;4-简单设备

关联设备是一个在防爆领域赋予固定内涵的专业术语。关联设备同时含有限能电路和非限能电路,且其特定的结构使非限能电路不能对限能电路产生不利影响。煤矿井下本质安全设备的关联设备一般都处于危险环境中,须另外采用附加防爆型式对其进行保护,例如将其置于隔爆外壳中。由隔爆外壳保护的关联设备除了应符合本质安全型相关要求外,还应同时符合隔爆型要求。

GB 3836.18按系统获得防爆合格认证情况将本质安全电气系统分为 “已获证的本质安全电气系统”和“未获证的本质安全电气系统”两类。这种概念及分类对煤矿井下本质安全电气系统同样适用。

2 煤矿井下爆炸性环境的特殊性

相对于地面,煤矿井下环境恶劣,空气潮湿,空间、光线受限,设备维护困难。井下开采过程中被释放出来的与煤天然共存的瓦斯或煤尘与空气混合后在井下采区或巷道形成具有爆炸危险性的瓦斯-空气混合物或煤尘-空气混合物。虽然煤矿行业十分重视持续有效的井下通风,但由于存在通风故障、瓦斯突出、产煤量增大引起的瓦斯释放增大等难以预料的问题,可能引起瓦斯浓度超标,从而带来危险。受井下空间环境限制,一旦发生爆炸很容易造成灾难。因此,煤矿井下需要更为严格的安全要求,禁止在井下瓦斯爆炸极限范围内进行开采。

针对煤矿井下瓦斯环境的具体情况,欧洲将井下危险环境条件分为“1级危险环境条件”和“2级危险环境条件”。当井下空气环境中的甲烷浓度在LEL(爆炸下限)～UEL(爆炸上限)范围内时属于“1级危险环境条件”,这种条件下的井下环境属于危险的爆炸性环境;当井下空气环境中的甲烷浓度在0%～LEL范围或UEL～100%范围时,属于“2级危险环境条件”,这种条件下的井下环境属于具有潜在危险的爆炸性环境。目前这一思想也正被IEC和我国相关机构所接受。

《煤矿安全规程》规定,采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1.0%时,必须停止工作,撤出人员,采取措施,进行处理。此时应认为巷道环境由“2级危险环境条件”进入了“1级危险环境条件”。根据GB 3836.1和GB 25285.2 关于设备保护级别/水平(EPL)的思想,只有EPL Ma级设备可继续带电工作,其它设备必须停电。《煤矿安全规程》还严格规定了甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度、断电范围等。

因此,煤矿井下爆炸性危险作业场所的特殊性决定了其分类不同于地面爆炸性环境中危险“区”域的分类。煤矿井下本质安全电气系统的设计和应用也应根据这种思想考虑其特定的危险环境条件和对应的合适EPL。

3 煤矿井下本质安全电气系统的设计

3.1 确定系统构成

任何拟定的本质安全系统都应在明确设计目标后,根据电气系统具体的连接关系来确定系统的整体构成(包括互连导线及简单设备)。仅由电池供电的一体便携式本质安全设备(如干电池供电的LED本质安全手电筒,无关联设备)是最简单的本质安全系统。图1中的典型本质安全电气系统由本质安全关联设备、本质安全设备(包含简单设备RTD)及其之间的连接导线或电缆构成。

3.2 制定系统描述文件

3.2.1 对整个系统制定系统描述文件

为了便于分析和确认电气系统所达到的本质安全等级,在明确了电气系统的构成之后,可参照GB 3836.18第4制定系统描述文件,采用图纸、清单、使用维护手册或类似的文件方式来规定确保安全所需的信息,如规定电气设备的有关项目、包括互连布线的系统电气参数等。制订系统描述文件的系统设计师应能代表其机构或雇主承担责任且具备相应的技术能力。

实际上,对系统使用功能的兼容分析也很重要,它决定着各设备组合后系统能否正常运行,但这不是本文论述的重点。

3.2.2 认定简单设备

一般情况下,简单设备不需要认证便可使用,但当简单设备用于本质安全电气系统时必须对其安全性进行确认。

国际上,对于简单设备的认定大多是根据制造商提供的指标,若设备中任何器件的参数都不超过1.2 V、0.1 A、20 μJ、25 mW即可视为简单设备,如开关、热电偶、RTD、LED、部分SPD等。在北美,对简单设备的定义更为简练和限定:非储能且不产生电压的设备。虽然简单设备用于本质安全回路时无需认证且不影响其安全性,但适用时,外壳材质、IP等级、端子或接线等本质安全设备所需的共性要求还应符合GB 3836.1和GB 3836.4的相关规定。

对于符合GB 3836.4中5.7简单设备要求的开关、端子、接线盒、插头、插座等无源器件,无需改动系统安全评价便可增加到系统中;对于纯电阻、简单半导体等无源元件简单设备,还需要考虑热效应评定或试验。

如果系统增加符合GB 3836.4要求的单个电容或电感储能元件,则进行安全评定时要考虑它们的电气参数及其可能产生的热效应,同时应有清晰的标志。如果电感是铁芯电感,则不能看作是简单设备,必须通过试验来确定。

如果简单设备计划含有多个独立的本质安全电路,例如连接件、插头和插座,则应按GB 3836.4的要求进行可靠隔离,否则安全评定时只能按这些电路可能造成混触故障来分析。

简单设备的确认证明应作为系统描述文件的内容之一。有时用户需要对简单设备进行第三方认证确认,主要是因为用户需要这样的文件作为附加保险措施。对系统进行本质安全检验或评定时也要对简单设备进行认定,因为它是本质安全电路的一部分。根据我国煤矿的具体情况,将矿用本质安全简单设备作为含有其它电路的设备部件时,对整机的鉴定显得很有必要。系统设计师除了考虑以上技术内容外,还应在可能的情况下,把包括内部参数在内的信息清晰标示出来,在系统框图中也要详细说明。

3.2.3 确定井下本质安全电气系统的类别和组别

可用于井下瓦斯环境的本质安全电气系统内的电气设备类别为I类,允许的最高表面温度应不超过150 ℃(当其表面可能堆积煤尘时)或450 ℃(当其表面不可能堆积煤尘时)。

环境温度影响设备或元件的温升。当本质安全系统部分或整体运行温度超出-20～+40 ℃的正常工作环境温度时,应在系统描述文件中说明。符合GB 3836.4的本质安全设备适应的环境温度范围为-20～+60 ℃,当设备周围环境温度超过+60 ℃时,最小点燃电流将降低(当温度从20 ℃上升到200 ℃时,点燃能量可能会下降 20%～30%),此时GB 3836.4 标准已不再适用,建议参考IEC 60079-33。

3.2.4 确定井下本质安全电气系统的防爆等级

用于煤矿井下的本质安全电气系统的整体本质安全等级不一定为同一个等级。也就是说,系统的每一个组成部分的本质安全等级可为“ia”等级,也可以为“ib”等级。当然,系统的每一组成部分均为“ia”等级或均为“ib”等级也是允许的,这取决于系统设计师对系统EPL设计的需要。

如果本质安全电气系统或者系统的一部分满足“ia”等级设备的要求,则该系统或系统的该部分就为“ia”等级;同理,如果本质安全电气系统或系统的一部分满足“ib”等级设备的要求,则该系统或系统的该部分就为“ib”等级。

当系统某一部分满足一个等级,而另一部分满足另一个等级时,应具体分析系统的整体情况。例如某电气监控系统包含一台由“ia”等级关联设备供电的井下“ib”等级本质安全瓦斯探测仪,系统正常运行时的本质安全防爆等级应属于“ib”等级(即EPL Mb),按照《煤矿安全规程》要求,当井下出现瓦斯超限情况、需要停止关联设备供电并同时启动探测仪内部备用电池供电后,该系统中的本质安全瓦斯监控仪可设计达到“ia”等级(即 EPL Ma);如果一台仪表防爆标志为“ib”等级,该仪表还可以连接一台“ia” 等级的传感器(如光纤),那么该种系统设计也是允许的。

至于“ic”等级的本质安全电气系统,它类似于煤矿井下的矿用一般型电气系统,不建议在煤矿井下使用。

3.2.5 确定系统设备保护水平及适用的矿井条件(选型)

本质安全电气系统中,“ia”等级的设备对应达到EPL Ma级保护水平;“ib”等级的设备对应达到EPL Mb级保护水平。整个系统不一定在一个EPL级别。

EPL Ma级设备适用于井下“1级危险环境条件”下的采煤作业。EPL Ma级设备具有很高的固有安全等级,有两个独立的防爆保护措施或双重防爆安全系统,即使在罕见的故障条件下,EPL Ma级设备(如电话机、甲烷气体探测设备)也能连续工作。

EPL Ma级和EPL Mb级设备都适用于井下“2级危险环境条件”下的采煤作业。EPL Mb级设备具有高安全性,适用于正常的采煤工作条件。在井下瓦斯环境中,EPL Mb级设备可进行断电操作或安全处理。

3.3 确定系统采用的互连导线或电缆

3.3.1 互连导线或电缆影响系统本质安全性能

本质安全电气系统研究的互连导线或电缆指系统中本质安全电路的互连导线或电缆,是系统中本质安全电路的一部分,其电气参数、结构和布局直接影响系统的本质安全防爆性能,对系统本质安全性能的评定至关重要。系统互连导线或电缆多用于本质安全供电或本质安全信号传输,其分布电容和分布电感的储能在危险场所电缆短路或开路条件下易被释放出来,可能带来引燃危险。另外,其结构和布线也与系统或回路故障分析有关。因此,包括分布电容和分布电感在内的与本质安全性能有关的互连导线的电气参数以及计算推导的有关电气参数,系统设计师在系统描述性文件中都应进行详细规定。有时也可以通过规定具体的电缆型号、规格、长度来代替电气参数。

IEC 60079-14、IEC 60079-25将本质安全电气系统互连导线或电缆按结构性能分为A、B、C三种类型。这种分类便于进行电缆故障分析,同样也适用于矿用本质安全系统,但设计时需注意选用的电缆应符合矿用电缆的相关特殊要求。

非本质安全电路用导线或电缆须与本质安全电路用导线分开布置。

3.3.2 电缆选型、布线安装及注意事项

(1) 关于电缆选型。

需要时,系统描述文件应规定各个特定电路允许使用的多芯电缆类型。特殊情况下如果没有考虑隔离电路之间的故障,则应在系统描述文件的框图上注明。如果互连电缆使用的多芯线还含有其它本质安全电路,除非防爆检验机构另有试验认可,否则多芯线必须符合矿用A型或B型多芯电缆的要求。

(2) 关于电缆布线、安装。

本质安全电路的防爆原理要求其整体性能不能受其它能量的干扰,即使在发生电路开路、短路或接地时也不能超过电路的安全能量阈值。因此,用于本质安全电路的电缆与其它设备的电缆在机箱或机柜中必须互相隔离,安装方式也应尽可能使本质安全性能不受外界电场或磁场的干扰。

安装接线的主要依据是系统描述文件中给出的“系统安装图”(可参考 GB 3836.18图E.2)。

(3) 关于多芯电缆。

含“ia”或“ib”等级本质安全电路的多芯电缆不能含有非本质安全电路。通常还要求本质安全电路与非本质安全电路的现场接线盒或分线盒相互独立。绝对禁止将本质安全电路端子或电缆连接到非本质安全电路的端子或电缆上。

多芯电缆中没有被使用的每根芯线应对地充分绝缘,并且两端用适当的端子充分隔离,防止未使用的芯线成为电路混触的媒介。

(4) 关于接线和分线。

当本质安全系统的互连导线或电缆需要分线盒或隔离接线端子隔板对含有的本质安全电路进行分线或接线时,系统设计师应按照GB 3836.4的规定对分线盒或接线盒进行设计和选型。还应注意的是,包括本质安全设备、关联设备以及简单设备、线路接线盒或分线盒在内,本质安全系统内部所有设备的外部连接装置(如接线端子、插头和插座)应符合 GB 3836.4第6.2的规定。

不存在单纯意义上的本质安全型电缆,也不存在单纯意义上的本质安全型接线盒或分线盒,只存在符合系统本质安全电路技术要求的互连用电缆、接线盒或分线盒。

(5) 关于导体或端子材质。

用轻合金材料作导体的部位应注意预防电解腐蚀。

(6) 关于电缆标识。

应有单独的标识表明本质安全电路用电缆是本质安全电路的一部分。国际上通行的做法是用浅蓝色护套或表层标识,此时其它电路就不宜用蓝色护套或蓝色表层。为了防止混淆,也可对本质安全电路导线采取单独标识牌、将导线组合到公用的浅蓝色线槽中等措施。

(7) 关于电缆的表面温度。

本质安全防爆设备在任何状态下都不应超过设备允许的最高表面温度,并应与其绝缘等级相适应。

3.3.3 光缆和光纤传输

井下用光缆或光纤没有电信号,但由此认为光纤传输就是本质安全的观点是片面的。光也有能量,例如当光缆或光纤遭到破坏被折断时,泄漏的光能(波长范围为380 nm～10 μm)转换成热能被表面或颗粒吸收,导致温度升高,如果不加限制,就有可能点燃瓦斯或爆炸性粉尘云。

本质安全型光辐射(op is)是指在正常或规定的故障条件下,不会产生足以点燃特定危险环境爆炸混合物的可见光辐射或红外光辐射。对于悬浮在空气中的瓦斯或粉尘云,本质安全型光辐射要求电路具有可靠的限能电路,将持续时间大于1 s的连续波光功率限制在150 mW以内,辐照强度峰值限制在20 mW/mm2(表面积不大于400 mm2)以内,最高表面温度限制在150 ℃以下,否则需增加联锁装置;对于持续时间小于1 ms或1 ms～1 s之间的光脉冲,脉冲能量应分别不超过相应环境爆炸性气体的最小火花点燃能量(MIE)或10倍的最小火花点燃能量。有关光辐射设备和传输系统的保护措施可参见IEC 60079-28。

3.4 防雷电冲击及其它电冲击保护

如果辨识出雷电会对井下本质安全电路带来危险,那么最好在地面采取措施,采用浪涌抑制分流器、隔离器等将地下电路与地面电路隔离,防止雷电冲击通过管道或电缆传到地下。如果井下本质安全电路必须要增加防电冲击保护,可参考GB 3836.18附录F。

3.5 系统标志

GB3836.18第12 适用。

4 煤矿井下本质安全电气系统的参数评定

4.1 确认本质安全电气系统的主要电气防爆参数

本质安全电气系统认证和评定模式分整体检验评定认证(“已获证本安电气系统” 在获证前进行的认证)和在本质安全系统整体概念(整体原则)基础上,对“未获证的本质安全电气系统”进行的本质安全系统电气参数评定认可。

对于任何本质安全系统,无论采用哪种认证、评定方式,都应根据电气系统具体的连接关系,结合系统描述框图(参见GB 3836.18图E.1,与GB 3836.4规定的控制图不同)或其组成部分的控制图,分析并确认下列参数。

(1) 系统内的所有组成设备的基本信息:① 制造商详情;② 制造商提供的产品名称、型号规格(包括正常工作电压Un、工作电流In等);③ 认证标准;④ 防爆合格证或文件编号;⑤ 防爆标志。

应特别注意设备认证中所包含的任何特殊条件。例如防爆合格证编号的后缀“U”或“X”所代表的特定意义。

应特别注意认证用的标准。在同一个本质安全系统中,通常不能采用按照不同(不完全兼容)标准体系认证的设备,例如北美标准和 IEC 标准就不完全兼容。

系统中电气设备的本质安全防爆参数一般都会在产品铭牌上标明,或者在认证证书和产品使用说明书上给出,这些本质安全参数是评定本质安全系统安全性的主要依据。需要强调的是,这些本质安全电气防爆参数与产品正常运行时的工作参数不同,系统设计师应特别注意。

(2) 与危险场所本质安全设备有关的电气参数:① 认证的最大允许输入电压 Ui(V);② 认证的最大允许输入电流 Ii(mA);③ 认证的最大允许输入功率 Pi(W);④ 设备最大内部有效电容 Ci(μF);⑤ 设备最大内部有效电感 Li(mH);⑥ 设备最大内部有效电感与电阻比 Li/Ri (mH/Ω);⑦ 必要时,设备最小有效输入电阻Ri(Ω)也可用Li和Li/Ri值导出,该参数对实际确定Ii和系统工作性能可能有用。

(3) 与安全场所(或置于另一防爆类型如隔爆外壳内)关联设备/电路有关的电气参数:① 最高电压(交流有效值或直流)Um (V AC/DC),不同连接装置的Um值可不同,同一连接装置的交流或直流Um值也可不同,Um值是评定系统安全性的基础,应特别重视;② 认证的最大输出电压 Uo (交流峰值或直流)(V);③ 认证的最大输出电流 Io(交流峰值或直流)(mA);④ 最大输出功率 Po(W);⑤ 最大外部允许电容 Co(μF);⑥ 最大外部允许电感Lo(mH);⑦ 最大外部允许电感与电阻比 Lo/Ro (mH/Ω);⑧ 必要时,线性电源的输出电阻最小值 Ro(Ω)可由Lo和Lo/Ro值导出,该参数在判定电源输出特征和系统工作性能时可能会很有用。

(4) 与本质安全电气系统互连导线或电缆有关的本质安全电气参数:① 最大允许电缆电容 Cc(μF);② 最大允许电缆电感 Lc(mH);③ 电缆最大允许电感与电阻比 Lc/Rc(mH/Ω);④ 必要时,满足系统负载能力而允许的电缆电阻Rc (Ω),进而由此确定电缆长度,可通过系统的正常工作参数导出,虽然该参数不是本质安全评定必需的参数,但验算该参数可推知系统匹配后能否正常工作。

4.2 线性输出特征单电源组合本质安全电路系统的参数评定

根据不同电源的电路结构原理,电源输出类型可分为线性输出特性、梯形输出特性和矩形输出特性三种特征。不同特征的输出电源,其电路火花点火能力不同。GB 3836.18附录C给出了这三种电源输出特性的特征曲线图。

多数本质安全系统由具有单个独立电源的关联设备通过互连导线或电缆与现场安装的单个本质安全设备连接构成。如果这种系统的电源同时具有线性输出特征,则被看作为简单本质安全系统。

安全评定第一步,对两个独立的已获证设备的参数信息进行分析,确定系统各设备的电路特征类型及关联电气参数。系统设计师通常对设备的电路连接和内部结构不甚了解,因此需要依靠防爆合格证、说明书或控制图给出的电气数据来研究系统描述图和安装图。

当简单本质安全电气系统的特征被确认后,可按以下程序对系统内设备匹配的兼容性进行评定:

(1) 设备类别确认:I类(特殊情况如环境中还存在除瓦斯以外的气体时需另行考虑)。

(2) 确定系统防爆等级和EPL。通过研究两个独立的已获证设备的参数信息来确定系统的防爆等级或类别。系统总体防爆等级或类别“就低不就高”,即采用两个独立设备防爆等级或类别中的最低级别。允许系统中的不同部分具有不同的类别和级别,但应在系统描述文件中明确界定电路的各部分及其参数,例如系统中任一设备为“ib”等级,则整个系统就是“ib”等级。根据设计或用户需要,系统中的各部分选用相同的本质安全等级可能较为经济。图1中,若关联设备为“[Exib]I”,本质安全设备为“ExiaI”,则系统本质安全等级只能为“ExibI”,也就是说,即使本质安全等级为ExiaI的本质安全设备可以达到EPL Ma保护水平,但在该系统中也不能被看作为EPL Ma级设备,而只能作为EPL Mb级设备使用(特殊设备除外)。

(3) 确定设备温度组别。设备在使用条件或用途不同时可能有不同的温度组别,应选择和记录相关的温度组别。另外,不需要确定系统的温度组别,当关联设备置于非危险场所时不考虑温度组别。

(4) 确认环境条件。记录每台设备允许的环境温度范围并将其标注在系统描述图和安装图上。

(5) 系统安全评定准则。分析比较电源装置的输出与输入电压、电流和功率等电气参数,判定系统是否满足本质安全防爆性能,评定合格的条件(有时仅需其中一个或几个参数就能全部确定系统的安全,这时可不列无关参数):Um与设备供电电源相适应;Uo≤ Ui;Io ≤ Ii ;Po ≤ Pi;Cc ≤ Co - Ci(适用时,应考虑 Ci=∑Cim、Cc=∑Ccn,m、n为分支数);Lc ≤ Lo - Li(适用时,应考虑 Li=∑Lim、Lc=∑Lcn,m、n为分支数),或使用式Li/Ri≤Lo/Ro、Lc/Rc≤Lo/Ro判定,Li≤1%Lo时取 Lc/Rc=Lo/Ro。

另外,若电源为线性电源且 Ci≤1%Co,允许的 Lc/Rc值可使用 GB3836.18附录D的计算公式确定。

适用时,还应考虑“系统故障分析”(本文第5部分)后,针对新演变组合系统的最不利综合参数再进行评定。

(6) 检查接地、屏蔽或隔离是否符合系统安全性、防爆性能、EMC和功能性(必要时参见 IEC 61508、IEC 61511)要求。

如果这些要求全部满足,则确定这两个设备兼容匹配。记录该分析的便捷方法是绘制一个表格。以图2所示的本质安全设备与关联设备相互连接为例,给出其举例数值,见表1～4,对电源和温度变送器(为了简化分析,假设RTD与变送器一体)进行本质安全参数比较。

如果有必要,也可按GB 3836.4规定的方法,通过型式检查和/或型式试验进一步确任系统是否足够安全。

图2中的系统防爆标志为ExiaI,本质安全电气参数满足以上本质安全评定的合格条件,因而系统符合要求。

4.3 线性输出特征多电源组合电路的本质安全参数评定

如果本质安全系统含有1个以上线性电源,则应按GB 3836.18附录B规定,依照前述方法分析和评定组合后电源的影响,适用时还应考虑系统故障分析(本文第5部分)。这些方法完全适用于煤矿井下本质安全系统。

4.4 非线性和线性本质安全电路互连组合的本质安全参数评定

如果本质安全系统含有1个以上电源,并且这些电源中一个或多个是非线性的,则不能使用GB 3836.18附录B介绍的评定方法。对于这种本质安全系统,GB 3836.18附录C对如何分析含有1个非线性电源的组合系统做了说明,该内容来源于德国物理技术研究院报告——PTB-ThEx-10e。其中对于线性特性、梯形特性和矩形特性等特征电源电路的分析说明,以及关于电路电压叠加或电流叠加及其串、并联的原理分析均完全适用于煤矿井下本质安全设备;多电源本质安全电路的互连原理也适用于煤矿井下本质安全设备,但是GB 3836.18附录C中缺少I类电源特性极限曲线图,其中IIC、IIB类的电源特性极限曲线图均不适用于煤矿。

在此提出两种可行的替代方法。一种是采用GB 3836.18附录C中IIB类电源特性极限曲线图替代。原理是基于煤矿瓦斯环境I类电气设备的本质安全火花实验装置最小点燃能量(525 μJ)远高于地面用IIB类设备代表性气体的火花实验装置最小点燃能量(160 μJ)。这种替代本身已具有足够的安全系数,因此在使用 GB 3836.18附录C中IIB类电源特性极限曲线替代I类电源分析时,要去掉IIB曲线原有的1.5倍安全系数。另一种替代方法也是最根本的方法,即依据 GB 3836.4 进行火花试验来最终判定。

一般情况下,矩形输出特性的电源很难做到Exia等级。

4.5 FISCO系统本质安全参数评定

对于FISCO系统,其本质安全电气系统已预先确定,因此只需符合GB 3836.19即可。而FNICO系统类似于煤矿井下的矿用一般型,不建议在煤矿井下使用。

5 系统故障分析

5.1 系统设备故障分析

如果系统含有本身不符合GB 3836.4的设备,则应将系统作为一个整体按GB 3836.4进行分析或试验。除了应考虑设备内部故障外,还应考虑现场接线故障。

普遍认为对整体系统施加故障没有对设备各个部分施加故障严格。尽管如此,用该方法仍认为能达到可接受的安全等级。

如果需要的所有信息都具备,即使使用了符合GB 3836.4的已获证设备,也允许在进行故障分析时再施加计入整体系统的故障。更常用的方法是对单独分析过的设备或试验过的设备的输入、输出特征值进行直接比较。如果系统中仅有按照GB 3836.4进行单独分析的设备或试验的设备,则只需证明系统内所有设备互相兼容即可。设备内部的故障已经考虑,不需要进一步考虑。如果系统含单一电源,则电源的输出参数也已考虑了外部互连电缆的开路、短路和接地,也不需要再进一步考虑这些故障。

5.2 系统互连电缆故障分析

矿用A型电缆、B型电缆:不考虑电路之间的故障。

矿用C型电缆:考虑包括最不利的故障组合条件下导体之间同时2处电路短路和多达4处导体开路。如果电缆内包含的每个本质安全电路的安全系数达到标准要求的安全系数的4倍,则可不必考虑故障。多芯电缆内,在故障情况下所有电路的本质安全等级应取级别最低的等级。

若系统互连电缆中还存在接线、分线或插接耦合等情况,则故障分析时还应考虑3.3.2节中第(4)部分。

6 国内外本质安全技术的现状及发展

虽然我国目前还没有针对井下的本质安全电气系统标准,但“井上”和“井下”本质安全电气系统的基本原理和基本思想没有差异,熟悉本质安全技术的专家都知道二者完全可以通用,新版的国际标准也体现了该思想。目前,我国在用煤矿本质安全产品多采用系统回路整体检验认证的模式,但大多数缺少符合GB 3836.4要求的控制图,系统描述文件不够齐全,带有系统安装图的更少,证书或铭牌上的本质安全参数也普遍标注不全,这些现象都是造成当前甚至今后一个时期井下本质安全难以检查和再确认的主要原因。另外,目前国内几乎没有EPL Ma级的矿用设备、行业系统规划不足、新技术难以渗入等也是导致目前井下安全水平低下的原因。

与隔爆、增安等防爆类型不同,煤矿井下爆炸性环境本质安全电气系统的设计与评定一旦完成,在后续的市场环节和使用过程便很难再发现其隐患。针对该情况,制造商的责任固然很重大,而发证机构责任尤重。由于本质安全电路允许存在火花开关,一旦本质安全隐患的确存在而技术或管理机构又“疏”于发现,后果不堪设想。因此,希望相关各界高度重视。

目前,国内和国际上的本质安全新技术正在不断创新发展,西安科技大学、中国矿业大学和南阳防爆电气研究所等单位近年来在本质安全电路电弧放电及非爆炸方法评定方面已有很多成果;国际上,德国根据自己的研究成果和专利提出了针对本质安全防爆技术的最新提案“POWER-i”,其原理是利用持续电子控制技术获得本质安全允许能量的大幅提升,旨在打破现行本质安全标准对本质安全电气参数的传统限制,该项技术必将开辟本质安全防爆应用的崭新局面。我国相关防爆技术机构目前在积极开展包括矿用本质安全电气系统研究的同时,也正在积极关注并实际参与国际最新本质安全技术的研究。电气防爆技术作为爆炸性环境中安全生产事业的重要装备的基础保障,其本身就是一项系统性工程,而实现我国本质安全电气防爆安全技术的跨跃式发展还需相关各界不拘一格实质性地协同配合。

电气系统煤矿机械论文 篇11

关键词：电器设备 供电系统 安全生产

1 概述

煤矿企业在生产过程中，对电气设备、供电系统等，通过采用继电保护装置进行保护，进而在一定程度上确保其正常运行。随着经济的发展，科学技术的进步，智能保护系统的应用范围不断扩大，整个系统运行的可靠性进一步提高，同时生产质量大大提升。硬件方面，通常采用DSP微处理器，这种微处理器具有强大的数据处理能力，低功耗可编程逻辑芯片，以及高度集成的专用芯片。

2 煤矿保护装置及原理

作为一种自动化设备，继电保护装置通常情况下能够对系统的故障、不正常状态等进行反应，并且在一定程度上，能够根据线路的实际情况，做出跳闸、发出信号等动作。熔断器、继电器等一般情况下都可以作为保护装置。目前，继电器、接触器等保护装置应用范围比较广。在种类方面，继电保护装置比较复杂，但是其基本结构主要包括：

2.1 现场信号输入部分 通过对现场信号进行必要的前置处理，然后将其送入继电保护装置。通常情况下，对现场信号进行前置处理的措施，主要包括：借助光电隔离技术，消除干扰信号；电平转换电路增强了信号强度。

2.2 测量部分 测量部分作为一种物理量与被保护对象有关，通常情况下，需要与已给定的设定值或实时生成的判据进行对比，根据对比后的实际情况，给出“是”或“非”，也就是给出一组逻辑信号，然后对其进行判断，在一定程度上对其是否进行保护做出确定。

2.3 逻辑判断部分 在继电保护装置中，逻辑判断部分按照逻辑关系，根据各输出量的大小、性质等进行相应的组合、运算，进一步确定是进行跳闸，还是发出相应的信号等，同时将有关命令传达给执行部分。

2.4 执行部分 对于执行部分来说，在继电保护装置中，往往是根据逻辑判断部分传递的信号指令，完成相应的任务， 完成保护装置与现场设备之间的隔离、连接，以及电平转换等，这是执行部分的主要职责，进而在一定程度上确保继电保护装置可靠、平稳地工作。

3 井下保护及实现方法

对于煤矿电气设备来说，按照防爆性能，可以将其分为两种：一种是一般型电气设备，另一种是矿用隔爆型电气设备。煤矿企业在日常作业的过程中，受井下作业环境特殊性的影响和制约，并且一般型电气设备在防爆性能方面比较薄弱，进而在一定程度上决定了其使用场所，这种场所一般没有瓦斯、煤尘爆炸危险；而对于矿用隔爆型电气设备来说，由于自身具备相应的防爆性能、隔爆性能等，在一定程度上决定了其主要适用于瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。目前，煤矿企业在井下作业的过程中，主要通过过流保护、漏电保护和接地保护等方式对电气设备、供电系统等进行保护。

3.1 过流保护 电网的过电流是引发电火灾的主要原因，而短路、过载等又是造成过电流的原因，因此防止产生过电流是预防电火灾的重要措施。对于过流保护来说，通常情况下主要分为：

3.1.1 短路保护 煤矿企业在作业的过程中，由于电器、线路等的绝缘遭到损坏、负载短路、接线错误等在一定程度上造成线路短路。对于线路来说，当发生短路时，就会产生瞬时故障电流，通常情况下，这种故障电流可以达到额定电流的几十倍。电气设备或配电线路受过流的影响，在一定程度上容易发生电动力损坏，甚至引发火灾。

3.1.2 过载保护 所谓过载通常情况下是指，与额定电流相比，电动机的运行电流或电气设备工作电流往往比较大，但是，不超过额定电流的1.5倍。突然增加负载、断相运行以及降低电网电压等都会在不同程度上引起电动机或电气设备出现过载。如果电动机或电气设备等过载运行时间比较长，进一步导致绝缘发生老化、损坏等。

3.2 漏电保护 电网在运行过程中，如果绝缘电阻低于某一规定值，在这种情况下，人触及后会出现触电危险。对于漏电来说，其产生的危害主要表现为：一方面会损坏设备，造成短路事故，另一方面引发触电事故，以及产生漏电火花引爆瓦斯、煤尘等。因此，在井下供电系统中，需要对绝缘、漏电等设置相应的漏电保护装置，在一定程度上对其进行监视和保护。通常情况下，漏电保护分为以下几种。

3.2.1 无选择性漏电保护 煤矿企业通过采用无选择性漏电保护方式对电气设备、供电系统实施保护，其具体的保护方式就是在包含对地绝缘电阻的检测回路中，附加相应的直流电源， 通过对直流电流进行监视，进而在一定程度上实现对绝缘电阻进行监测的目的。

3.2.2 有选择性漏电保护 通过有选择性的漏电保护对漏电实施保护的过程中，通常情况下，主要是借助零序电流互感器获得相应的零序电流信号对其进行漏电保护。

3.3 接地保护 在正常情况下，电气设备的金属外壳、架构等均不带电，但是，如果电气设备的绝缘被损坏，那么其金属外壳、架构等就会带电。在这种情况下，通过接地保護装置可以进一步消除金属外壳、架构的带电。

4 结语

对于煤矿企业来说，其安全生产的顺利进行和产量的提高，都要受到煤矿电气设备、供电系统的保护的影响和制约。在电力系统和煤矿系统中，通过推广使用继电保护，可以推动煤矿企业的持续发展。

参考文献：

[1]王红俭，王会森.煤矿电工学[M].北京：煤炭工业出版社，2005.

[2]陈伟.煤矿电气设备与供电系统的保护分析[J].科技创新导报，2008（08）.

矿用机械电气安全控制系统设计 篇12

矿用机械电气安全控制系统设计涉及到的范围很广, 设计过程一般按照初始设计、技术设计到最终产品设计依次进行, 每个环节的设计都要把质量和成本综合起来考虑, 设计过程中要遵守的基本原则如下。

1) 设计时要尽可能地满足矿用机械装置安全使用时对电气控制系统的要求。矿用机械的电控装置是按照矿业生产所要完成的动作和确保各部件完美运行的要求服务的, 即矿用机械电气安全控制系统设计必须满足矿用机械对电气控制的技术要求。

2) 设计时要合理处理机与电的关系, 一般是运用机电结合的措施来使机械装置满足电气控制系统的要求。现在的生产机械大多采用机电结合的产品, 只有充分考虑到机与电两者之间的关系才能使机械装置达到要求的技术指标和经济指标, 矿用机械设计时也应如此。

3) 设计时要尽可能的简单。电气控制系统设计没必要一味地追求高性能、高指标, 满足应用要求即可。采用高性能、高指标的器件往往会使系统结构更加复杂, 可靠性更低, 而且制造成本也会增加。所以在满足矿用机械的技术指标后, 电气控制系统设计应该简单, 可靠性要高, 性能价格比要低。

4) 设计时要考虑到设计的风险, 不要盲目追求新技术、新工艺。采用新技术、新工艺的风险会比较大。一方面, 从减小风险角度考虑, 应该尽可能运用成熟的、经过时间考验的技术和工艺; 而另一方面, 风险也是机会, 新技术、新工艺往往会带来巨大的经济效益。

5) 设计时要考虑到产品的外形、操作和维护。产品外形是否美观、协调, 很大程度上影响用户的产品体验和使用效果。 产品操作起来是否方便决定着设备使用时的工作效率。产品维护是否便捷决定着设备的使用寿命和用户的回购率。

2矿用机械电气安全控制系统的设计过程

矿用机械电气安全控制系统设计主要分为三个阶段: 初始设计阶段、技术设计阶段和最终产品设计阶段。

2. 1初始设计

初始设计需要机械设计人员和电气设计人员共同探索, 也可以由机械设计人员先提出机械结构和工艺要求, 然后由电气设计人员做出初始设计。初始设计实际上就是设计方案的调研阶段, 要寻找国内外相同产品的详细资料进行认真分析。初始设计的方案应该是一个总体的方案, 这个方案是技术设计和最终产品设计的依据, 只有在这个方案正确可行的前提下, 才能确保最终生产出来的设备满足设计要求。

2. 2技术设计

技术设计是依据已经审批通过的初始设计方案来完成电气安全控制系统设计, 这个阶段所要完成的任务是: 对设计中的一些重要环节做必要的试验, 并写出实验报告; 写出参数核算书; 挑选元器件, 并提出专用元器件的技术指标, 画出元器件明细表; 编写设计说明书等。

2. 3产品设计

产品设计是依据已经审批通过的技术设计说明书, 最终完成电气安全控制系统产品的设计, 这个阶段所要完成的任务是: 绘制最终产品的零件图和装配图, 绘制产品接线图, 进行图样的标准化审签和工艺审签。

3矿用机械电气安全控制系统的设计要点

1) 控制系统作为电控装置的关键, 对于整个装置的正常运行至关重要。矿用机械电气安全控制系统选用要依据矿用机械对电气安全控制给出的技术指标, 还要综合考虑控制系统的功能, 比如控制系统的抗干扰能力、运行的可靠性、环境适应性以及执行的速度等。

2) 机械装置要完成指定的机械运动, 必须要能相互协调地完成一些机械动作, 而这些动作的相互协调是要依靠机械和控制系统来完成的。机械动作的相互协调主要取决于合理地运用电气传动调速方式, 而合理地运用电气传动调速方式主要取决于系统的技术和经济指标。

3) 矿用机械电气安全控制系统应用的环境是矿井, 矿井环境比较恶劣, 系统设计时要充分考虑到环境条件。环境条件会严重影响到设备工作的可靠性和使用寿命, 所以系统在设计时要充分考虑环境因素给设备带来的影响, 合理地设置设计参数, 合理地选用适应矿井环境的器件, 这样可以提高设备的使用效率和使用寿命。

4) 要把设计图纸变成实实在在的产品, 就需要严格制定出工艺设计书。而工艺设计的前提就是要符合电气安全控制装置的制造和使用要求, 在设计原理无误的前提下, 电气安全控制系统的抗干扰性、可靠性和可维修性都和工艺设计息息相关。

4结语

与外国先进的电控技术相比, 虽然我国的矿用机械电气安全控制系统有些落后, 但是进步空间很大, 发展速度很快, 只要积极引进学习外国的先进技术然后合理运用, 我国的矿业生产一定会获得飞速的发展。

摘要：大部分的矿业工作都采用了电气化控制, 而且矿井大都是现代化设计, 矿用机械电气安全控制系统使矿井的安全和生产效率得到了很大程度的提高。就现代矿用机械电气安全控制系统设计进行研究, 先介绍系统设计的基本原则, 然后就设计的具体内容进行探讨。

关键词：矿用机械,电气,控制系统,设计

参考文献

[1]何继贤.谈矿用机械电气控制系统设计[J].电子制作, 2014 (5) :224.