CN104242434A - 一种煤矿掘进工作面的应急供电装置 - Google Patents

Abstract

一种煤矿掘进工作面的应急供电装置，属于矿井供电设备技术领域，用于煤矿掘进工作面局部通风机停电时应急供电。其技术方案是：它由应急电源部分和主控制部分组成，应急电源部分包括电池组单元、充电单元、应急控制单元，主控制部分包括变频单元、监测单元、主控制单元。在发生煤矿掘进工作面局部通风机停电时，应急电源部分的电池组单元通过主控制部分的变频单元向掘进工作面局部通风机提供应急供电。本发明提高了煤矿井下掘进工作面的局部通风的安全可靠性，解决了煤矿掘进工作面因停电造成的停风问题，对有效防止瓦斯积存、避免矿井瓦斯爆炸事故、保证煤矿安全生产意义重大，十分有必要在煤矿井下进行推广应用。

Description

一种煤矿掘进工作面的应急供电装置

技术领域

本发明涉及一种煤矿掘进工作面局部通风机停电时采用的应急供电装置，属于矿井供电设备技术领域。

背景技术

安全生产是煤矿生产的非常重要的环节，在煤矿安全规程中对采用局部通风机供风的掘进工作面有特别的规定。首先，采用局部通风机供风的掘进工作面，不得停风；其次，低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电或与采煤工作面分开供电；第三，瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井中，掘进工作面的局部通风机应采用三专（专用变压器、专用开关、专用线路）供电。但是在实际工作中，虽然采用了上述措施，由于煤矿井下环境恶劣、潮湿供电线路和设备易受到挤压、砸碰等不利因素的影响，风机、供电线路、开关等都有可能出现故障，不能完全避免煤矿掘进工作面停电停风现象的发生，一旦停电停风，工作面就有可能积存瓦斯，甚至发生爆炸事故。这种可能性与停电停风的时间长短、煤层瓦斯含量的大小有关。防止事故的最根本的措施是消除瓦斯积存，而消除瓦斯积存最重要的手段是杜绝停电停风，在煤矿掘进工作面停风主要原因是局部通风机停电造成的，因此要保证掘进工作面的供电系统始终能够提供电力，在一旦发生停电停风时要迅速恢复供电和通风，防止出现瓦斯积存和爆炸事故。

目前国内外还没有在煤矿掘进工作面主电源和备用电源均发生故障停止供电时采用应急供电系统的研究和相应设备。为提高掘进工作面供电的可靠性，研究煤矿掘进工作面局部通风机的应急供电装置是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种煤矿掘进工作面的应急供电装置，这种应急供电装置能够在局部通风机的主电源和备用电源均发生故障停电时及时向局部通风机进行供电，以保证局部通风机正常运转，防止瓦斯积存，避免发生矿井瓦斯爆炸事故，保证煤矿安全生产。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种煤矿掘进工作面的应急供电装置，它由应急电源部分和主控制部分组成；应急电源部分由电池组单元、电池管理单元、充电单元、应急显示单元、应急电源接入和输出单元以及应急控制单元组成，应急控制单元与电池管理单元、充电单元、应急显示单元以及主控制单元通过485总线相连，充电单元与电池组单元通过电源线相连，电池组单元通过应急电源接入和输出单元与主控制部分相连接；主控制部分由变频单元、主显示单元、监测单元、主电源接入和输出单元以及主控制单元组成，主控制单元与主显示单元、变频单元以及应急控制单元通过485总线相连，变频单元与主电源接入和输出单元、应急电源部分的应急电源接入和输出单元通过电源线相连接。

上述煤矿掘进工作面的应急供电装置，所述应急电源部分的电池组单元由276个串联的锂离子蓄电池组成，电池管理单元由主机、从机组成，从机与电池组单元的电池分别连接，从机的输出端与主机的输入端相连接，主机的输出端与应急控制单元相连接，充电单元为一台充电机，充电机与电池组单元的电池连接充电，应急显示单元为显示屏，应急电源接入和输出单元有接入电缆和输出电缆，接入电缆和输出电缆固定在隔爆箱内，接入电缆与备用三项交流电源相连接，输出电缆与主控制部分的变频器的直流侧相连接，应急控制单元由可编程序控制器、直流接触器、交流接触器、直流断路器和交流断路器组成，可编程序控制器与电池管理单元、充电单元、应急显示单元以及主控制部分相连接，直流接触器、直流断路器接在电源输出端，交流接触器和交流断路器接在电源输入端。

上述煤矿掘进工作面的应急供电装置，所述主控制部分的变频单元为变频器，变频器的输入端与输入的三相交流电源相连接，变频器的输出端与需要供电的外部通风机相连接，主显示单元为显示屏，监测单元由电流互感器、电压互感器以及瓦斯传感器组成，电流互感器、电压互感器分别安装在应急供电装置的线路中，瓦斯传感器安装在现场，电流互感器、电压互感器以及瓦斯传感器与主控制单元相连接，主电源接入和输出单元有接入电缆和输出电缆，接入电缆和输出电缆固定在隔爆箱内，接入电缆与备用三项交流电源相连接，输出电缆与主控制部分的变频器的交流输出侧相连接，主控制单元由可编程序控制器和1个交流接触器、1个直流接触器、1个交流断路器、一个直流断路器组成，可编程序控制器与变频单元、监测单元、主显示单元以及应急电源部分相连接，交流接触器和断路器接在交流电源输入端，直流接触器和断路器直流电源输入端。

本发明的有益效果是：

本发明是一套应急供电装置，安装在井下备用风机系统中，当矿井的主电源和备用电源均发生故障时，无论是专用局部风机还是备用风机都将失去供电电源，此时本发明将向备用风机供电，保障工作面正常供风，维持工作面风量要求，待电源故障排除恢复供电后，再转换由常用局部风机供风。

本发明提高了煤矿井下掘进工作面的局部通风的安全可靠性，解决了煤矿掘进工作面因停电造成的停风问题，对有效防止瓦斯积存、避免矿井瓦斯爆炸事故、保证煤矿安全生产意义重大，十分有必要在煤矿井下进行推广应用。

附图说明

图1是本发明的结构方框图。

图中标记如下：电池组单元1、电池管理单元2、充电单元3、应急显示单元4、应急电源接入和输出单元5、应急控制单元6、变频单元7、主显示单元8、监测单元9、主电源接入和输出单元10、主控制单元11、外部电源12、外部电机13。 

具体实施方式

煤矿井下通风系统一般分为常用通风系统和备用通风系统，两套系统接两路不同的电源。其中的一路电源(6KV)取自矿井井下中央变电所母线，通过专用线路向局部通风机启动器供电，此线路不接其他负荷，组成专用局部风机系统，由此套系统向工作面连续供风，作为常用局部风机。另一路电源来自采区变电所的变压器，该变压器为工作面其他生产机械供电，同时用低压馈电开关引出一路动力电缆向备用局部风机起动器供电，组成备用风机系统。常用风机和备用风机通过供风管路的特殊装置实现供风系统的切换。常用局部风机与备用局部风机的启动器之间设有电气监测和自动投切装置，当常用局部风机因故障(主要故障是停电)停机时，自动切换装置监测到故障，自动启用备用局部风机向工作面供风。

本发明安装在备用风机系统中，当矿井发生电源停电故障时，无论是专用局部通风机还是备用风机都失去供电电源时，本发明自动启动应急供电装置向备用风机供电，保障工作面正常供风，维持工作面风量要求，待电源故障排除恢复供电后，再转换由常用局部风机供风。

本发明由应急电源部分和主控制部分组成。

应急电源部分由电池组单元1、电池管理单元2、充电单元3、应急显示单元4、应急电源接入和输出单元5以及应急控制单元6组成。应急控制单元6与电池管理单元2、充电单元3、应急显示单元4以及主控制单元11通过485总线相连，充电单元3与电池组单元1通过电源线相连，电池组单元1通过应急电源接入和输出单元5与主控制部分的变频单元7的直流侧相连。

电池组单元1由276个串联的锂离子蓄电池组成，电压范围为690V~~1035V。

电池管理单元2由主机、从机、监测芯片组成，从机主要负责检测每块电池的工作状态（电压、温度），主机采集将这些状态并将其传递给应急控制单元。

主机由C8051F340、微型继电器、24V转5V电源组成。主要负责收集从机所采集的数据，与应急系统的应急控制单元进行通信。

从机由C8051F340、电压检测芯片、温度检测芯片、外平衡电路、输入电压保护电路、磁隔离器组成，电压检测芯片的多个输入端口分别通过外围电路组成多个数据通道，相邻两个数据通道组成一个采集单体电池电压的检测回路，相邻两个数据通道组成的检测回路连接一个外平衡电路，输入电压保护电路与电压检测芯片的一个输入端口相连接，电压检测芯片的两个输出端口通过磁隔离器与单片机的数据输入端口和时钟输入端口相连接。温度芯片的数据引脚直接连接到C8051F340的引脚来采集每个电池的单体温度。

备用电源中的电池分成了23组，每组对应一个从机。从机负责采集对应电池组的单体电压、单体温度，并且在充放电过程中对电池进行实时监控，当电池的电压超过了预先设定的范围，将对电池进行保护操作。同时还对单体温度进行实时监控，当温度超过预先设定的范围，将对电池进行保护操作。

充电单元3为一台充电机，工作电压为AC660 ±15％、频率为50――60Hz，输出电压为DC750--1040V。充电机能为电池组单元1提供恒压充电、恒流充电等多种充电方式，同时它还能监测电池组单元1的总电压并根据设定值与总电压的关系自动选择充电方式。

应急显示单元4为一块7寸显示屏，通过与应急控制单元6的通信将电池管理单元2所采集的电池工作状态进行显示，同时外部操作人员可以通过它直接输入命令来操控整个应急电源系统，实现人机互动。

应急电源接入和输出单元5负责将接入电缆和输出电缆固定在隔爆箱内，其中接入的电源为备用三项交流电，输出的电源为电池组单元1提供的直流电，并将此直流电输出到主控制箱内变频器7的直流侧。

应急控制单元6由西门子S7-200系列可编程序控制器、直流接触器、直流断路器、交流接触器和交流断路器组成。应急控制单元6中的可编程序控制器负责与电池管理单元2、充电单元3、应急显示单元4以及主控制部分进行通信，并根据数据的具体情况或者人为输入的命令来控制充电单元3对电池组单元1的充电情况。直流断路器和交流断路器则是在紧急情况下人为对输出电源、输入电源进行开合。 

主控制部分由变频单元7、主显示单元8、监测单元9、主电源接入和输出单元10以及主控制单元11组成。主控制单元11与主显示单元8、变频单元7以及应急控制单元6通过485总线相连，变频单元7与主电源接入和输出单元10、应急电源部分的电池组单元1通过电源线相连。

变频单元7为一台变频器，主要作用为将输入的三相交流电通过整流滤波变成直流电，再通过IGBT将直流电变成频率可调的三项交流电，以此来调节风机的转速。变频器的输出端与需要供电的外部通风机相连接，向通风机的外部电动机13供电。

主显示单元8为一块7寸显示屏，负责将系统的工作状态、告警情况、监测单元9所监测的环境情况以及电池组单元1的具体情况进行显示，并且外部操作人员可以通过它直接输入命令来操控整个主控制系统，实现人机互动。

监测单元9由电流互感器、电压互感器以及瓦斯传感器组成，负责监测系统的总电流、总电压以及瓦斯浓度，并将数据传送给主控制单元11。

主电源接入和输出单元10负责将接入电缆和输出电缆固定在隔爆箱内，其中接入的外部电源12为备用三项交流电，输出的电源为经过变频器变频后为三项交流电。

主控制单元11由西门子S7-200系列可编程序控制器、1个交流接触器、1个直流接触器、1个交流断路器和1个直流断路器组成。主控制单元11中的可编程序控制器负责与变频单元7、监测单元9、主显示单元8以及应急电源系统进行通信，根据传送的数据来判断是否使用备用电源，并且通过控制变频器的频率来调节风机的转速。交流断路器接到交流电源输入端，直流断路器接到直流电源输入端，在紧急情况下可以人为对输入交直流电源进行开合。

本发明的工作流程为：当主电源停电时，自动切换装置监测到故障，自动启用备用电源，本发明开始工作。主控制系统中的主控制单元11开始采集监测单元9的数据，并根据数据调节变频器输出的频率，以满足通风系统需要的风机转速。当监测到备用电源也停电时，自动切换到本发明来为风机提供电源。

Claims (3)

1.一种煤矿掘进工作面的应急供电装置，其特征在于：它由应急电源部分和主控制部分组成；应急电源部分由电池组单元（1）、电池管理单元（2）、充电单元（3）、应急显示单元（4）、应急电源接入和输出单元（5）以及应急控制单元（6）组成，应急控制单元（6）与电池管理单元（2）、充电单元（3）、应急显示单元（4）通过485总线相连，充电单元（3）与电池组单元（1）通过电源线相连，电池组单元（1）通过应急电源接入和输出单元（5）与主控制部分相连接；主控制部分由变频单元（7）、主显示单元（8）、监测单元（9）、主电源接入和输出单元（10）以及主控制单元（11）组成，主控制单元（11）与主显示单元（8）、变频单元（7）通过485总线相连，变频单元（7）与主电源接入和输出单元（10）、应急电源部分的应急电源接入和输出单元（5）通过电源线相连接。

2.根据权利要求1所述的煤矿掘进工作面的应急供电装置，其特征在于：所述应急电源部分的电池组单元（1）由276个串联的锂离子蓄电池组成，电池管理单元（2）由主机、从机组成，从机与电池组单元（1）的电池分别连接，从机的输出端与主机的输入端相连接，主机的输出端与应急控制单元（6）相连接，充电单元（3）为一台充电机，充电机与电池组单元（1）的电池连接充电，应急显示单元（4）为显示屏，应急电源接入和输出单元（5）有接入电缆和输出电缆，接入电缆和输出电缆固定在隔爆箱内，接入电缆与备用三项交流电源相连接，输出电缆与主控制部分的变频器的直流侧相连接，应急控制单元（6）由可编程序控制器、直流接触器和交流接触器组成，可编程序控制器与电池管理单元（2）、充电单元（3）、应急显示单元（4）以及主控制部分相连接，交流接触器和断路器接在交流电源输入端，直流接触器和断路器直流电源输入端。

3.根据权利要求2所述的煤矿掘进工作面的应急供电装置，其特征在于：所述主控制部分的变频单元（7）为变频器，变频器的输入端与输入的三相交流电源相连接，变频器的输出端与需要供电的外部通风机相连接，主显示单元（8）为显示屏，监测单元（9）由电流互感器、电压互感器以及瓦斯传感器组成，电流互感器、电压互感器分别安装在应急供电装置的线路中，瓦斯传感器安装在现场，电流互感器、电压互感器以及瓦斯传感器与主控制单元（11）相连接，主电源接入和输出单元（10）有接入电缆和输出电缆，接入电缆和输出电缆固定在隔爆箱内，接入电缆与备用三项交流电源相连接，输出电缆与主控制部分的变频器的交流输出侧相连接，主控制单元（11）由可编程序控制器、1个交流接触器、1个直流接触器、一个交流断路器、和1个直流断路器组成，可编程序控制器与变频单元（7）、监测单元（9）、主显示单元（8）以及应急电源部分相连接，2个交流接触器分别接在电源输入端以及电源输出端。