CN109441650B - 一种可适用高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种可适用高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统，属于高瓦斯隧道施工供电、通风领域，也可适用于公路工程和常规隧道。本控制系统公开了一种高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统及其方法，涉及高瓦斯隧道用电管理方法。所述的高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统包括西门子可编程控制器、浮充充电器、并机控制器、发电机组控制器、双电源自动转换开关、万能断路器。以满足现场停、复电后，发电机、风机以及隧道洞内其他用电设施的自启、关闭和切换工作，同时本系统也预留了二次开发和电脑终端显示控制空间，以保证根据后期施工要求加载不同的内容。
Description
技术领域
本发明是一种可适用高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统，属于高瓦斯隧道施工供电、通风领域，也可适用于公路工程和常规隧道。
背景技术
高瓦斯隧道通风管理在高瓦斯隧道施工中降低瓦斯浓度起着至关重要的作用，目前在高瓦斯隧道施工中除了设置双风机双风管外，配置两倍的发电机，并设置专职电工一名（负责发电机开启与关闭、调试和维护、检修工作）、专职风机员一名，（负责风机的开启、调试和维护、检修工作）。主要特征依旧是在市电停电后，依次人工开启发电机、风机以及其他施工辅助用电设施；在市电恢复后，关闭发电机，开启风机及其他辅助用电设施；并同时完成稳压、调试以及故障检测工作等相关工作，其主要缺点为：
1、在国家电网市电停、复电后，整体程序流程多，时间延滞效果明显。市电停电后，现场管理人员通知电工开启发电机、风机以及洞内照明设施和其他设施并进行相关稳压、调试与故障检测工作；在市电恢复后断电、关机与市电切换工作，同时若存在突发故障情况、专职人员不在场等突发情况，会造成现场供电通风不及时。
2、瓦斯溢出属于客观存在的现象，不随主观意识发生转变，溢出现象一直在持续，作业面前方瓦斯突出风险高，停风后作业面瓦斯含量增加，同时隧道属于长大隧道，人员无法第一时间内进行组织撤离，存在重大安全风险的问题，整体安全风险隐患极大。
3、高瓦斯隧道采用强制机械通风，洞外安装有四台由电力驱动的双电机双速轴流风机（包含备用）。因施工现场的电力配备属临时用电，故障停电机率高。同时风机采用双电源供电模式，发电机供电电压与常规市电电压存在差别，电压不稳定，更增加了机械故障率。
发明内容
本发明为了解决停、复电后发电机、风机自启，缩短操作时间，避免因为时间延长而增加洞内瓦斯集聚的安全风险的问题，提供了一种可适用高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统。
本发明是采用如下的技术方案实现的：一种可适用高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统，包括可编程控制器、浮充充电器、双电源自动转换开关、万能断路器、两台发电机组、两台并机控制器和两台发电机组控制器；浮充充电器接入市电，其输出和可编程控制器、并机控制器、发电机组控制器连接，市电断电后给可编程控制器、并机控制器、发电机组控制器供电，双电源自动转换开关连接在风机的市电供电线路上，双电源自动转换开关还连接在发电机组并机后的输电电路上，万能断路器连接在市电供电线路和两发电机组的各自输电电路上，可编程控制器和并机控制器、万能断路器连接，并机控制器和发电机组控制器连接，发电机组控制器控制发电机组的启动和停机；
市电发生故障时，双电源切换开关自动将风机切换到发电机组输电电路上，可编程控制器将断电指令传给并机控制器，并机控制器发出指令给发电机组控制器，发电机组控制器收到指令，发电机组启动，并机控制器间建立通讯，当达到并机条件时，自动合闸并机，并机完成后，可编程控制器将发电机组输电电路上的万能断路器闭合，市电供电线路上的万能断路器关断，与市电形成互锁，启动风机；
市电恢复时，双电源切换开关自动将风机切换到市电供电电路上，可编程控制器将得电指令传给并机控制器，并机控制器发出指令给发电机组控制器，发电机组控制器收到指令，发电机组停机，可编程控制器将发电机组输电电路上的万能断路器关断，市电供电线路上的万能断路器闭合，与发电机组形成互锁，启动风机。
本控制系统设计合理可靠，节省了大量人力物力，最重要的是缩短启动调试时间，避免瓦斯集聚的安全风险以及恢复通风后对作业面的瓦斯通风稀释的作业时间缩短，保证作业人员人身安全。
附图说明
图1为可编程控制器控制逻辑图。
图2为发电机组与市电控制电路图。
图3为发电机组并机过程图。
具体实施方式
高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统，由西门子可编程控制器（S7-200CPU226）编制编程系统，由浮充充电器（SMARTGENBAC2405VE）提供电力能力支撑，依次控制并机控制器（SMARTGEN9510）、发电机组控制器（SMARTGN711A）、双电源自动转换开关（NH40-1250/4SZ）、万能断路器（DW15-1500）。通过西门子可编程控制器（S7-200CPU226）控制，浮充充电器（SMARTGENBAC2405VE）提供动能支撑，在停、复电时完成指令落实，功能运转。浮充充电器持续充、放电，控制系统发电机组处于24小时待命状态。
通过西门子可编程控制器（S7-200CPU226）编制编程系统，明确指示命令与命令匹配的控制开关和发电机组。
对发电机组进行改装，增设并机控制器（SMARTGEN9510）、发电机组控制器（SMARTGN711A），在市电停、复电后，可以自启、自停、稳压和多项故障检测。
浮充充电器（SMARTGENBAC2405VE）提供电力能力支撑，采用其自身的充、放电的功能，保证本系统动力支撑持续、可控。
双电源自动转换开关（NH40-1250/4SZ）、万能断路器（DW15-1500），完成对控制系统的指令接受和执行任务。
表1自动控制系统电气元件表
发电机组并机控制器也简称9510控制器。
控制系统运作机理及程序
柴油发电机组处于24小时待命状态，当市电停电后，发电机组自动启动并发电，发电正常后自动将电源切换给风机，与市电形成互锁，风机得电后，可继续给隧道通风；当市电电源恢复时，一是手动发出指令，完成发电机关闭，自动切换到市电；二是进入自动模式，自动关闭发电机组、切换到市电。与备用电源形成互锁，风机得电后，可继续给隧道通风，发电机组也自动停机，继续处于24小时待命状态，从而实现不间断通风。
备用电源及并机过程
备用电源的可靠性和稳定性不可忽视。根据通风机械负荷确定发电机组的总容量，由于通风机功率较大，基于成本因素及适用性，不宜采用单台大容量发电机组，为此，选择两台中小容量发电机组并机运行，下表所示为选择的康明斯发电机组型号及参数。图2所示为实现通风设备全时段供电，备用电源与市电控制电路图。
表备用电源参数
| 设备名称 | 规格型号 | 功率（kw） |
| 发电机组 | 康明斯GF300 | 300 |
| 发电机组 | 康明斯GF400 | 400 |
在全时段通风电力系统中，实现发电机组的平稳、安全并网具有重要意义，发电机组并机控制器具有如下作用：
（1）对发电机信息的监控
发电机组并机控制器可采集模拟量信息和数字量信息，实现对发电机组的机油压力、输出电压、发电频率、转速、水温、燃油液位、开关合分闸、本机输出电流以及负载总电流等信息的实时显示，并根据设定的上下限值，进行实时监控和调整，当某一数据信息值不正常时，可自动报警或者直接解列停机，以达到系统保护作用。
（2）对发电机转速和输出电压的控制
发电机组在负载变化的情况下，并机控制器可保证发电机组的正常转速，并输出稳定的电压。并机控制器采用的调速板可实时监测发动机转速，当负载增大导致转速下降时，输出更高的控制电压信号，加大发动机供油量，调整转速至设定值。并机控制器采用的调压板可实时监测发电机输出的电压值，当负载加大导致较大压降值时，调压板可输出信号自动调整励磁电流的大小，使发电机输出的电压值稳定在设定值。
（3）对发电机负载的控制
发电机组启用时，两台发电机组并机运行，在并机运行状态下，并机控制器可实现负载自动分配、软加载和软卸载。如果某一台发电机组发生故障，可自动解列，另一机组可在较短的时间内高负荷运行，实现对重要负荷的不间断供电。
发电机组并机的条件为：各机组间输出三相交流电相序相同，频率相差±1HZ，相位角相差±10°，电压有效值相差±3V。图3所示为发电机组的并机过程示意图。
本控制系统公开了一种高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统及其方法，涉及高瓦斯隧道用电管理方法。所述的高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统包括西门子可编程控制器（S7-200CPU226）、浮充充电器（SMARTGENBAC2405VE）、并机控制器（SMARTGEN9510）、发电机组控制器（SMARTGN711A）、双电源自动转换开关（NH40-1250/4SZ）、万能断路器（DW15-1500）。以满足现场停、复电后，发电机、风机以及隧道洞内其他用电设施的自启、关闭和切换工作，同时本系统也预留了二次开发和电脑终端显示控制空间，以保证根据后期施工要求加载不同的内容。
Claims (1)
1.一种可适用高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统，其特征在于包括可编程控制器、浮充充电器、双电源自动转换开关、万能断路器、两台发电机组、两台并机控制器和两台发电机组控制器；浮充充电器接入市电，其输出和可编程控制器、并机控制器、发电机组控制器连接，市电断电后给可编程控制器、并机控制器、发电机组控制器供电，双电源自动转换开关连接在风机的市电供电线路上，双电源自动转换开关还连接在发电机组并机后的输电电路上，万能断路器连接在市电供电线路和两发电机组的各自输电电路上，可编程控制器和并机控制器、万能断路器连接，并机控制器和发电机组控制器连接，发电机组控制器控制发电机组的启动和停机；
市电发生故障时，双电源切换开关自动将风机切换到发电机组输电电路上，与市电形成互锁，可编程控制器将断电指令传给并机控制器，并机控制器发出指令给发电机组控制器，发电机组控制器收到指令，发电机组启动，并机控制器间建立通讯，当达到并机条件时，自动合闸并机，并机完成后，可编程控制器将发电机组输电电路上的万能断路器闭合，市电供电线路上的万能断路器关断，启动风机；
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