CN201113467Y - 矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，属于矿山供电设备技术领域。由向采掘工作面供电的矿用隔爆型低压真空磁力启动器、自动充电机、免维护储能蓄电池组、电源逆变模块系统、PLC自动控制系统、移动防爆外壳组成，其特征是自动充电机与免维护储能蓄电池组构成自充电回路，免维护储能蓄电池组与电源逆变模块系统及电源变压器组成后备660V三相交流供电电源。克服了用电电缆分布广、设备投资大等诸多不利因数，而且它能彻底解决采掘工作面局部通风机因市电故障、检修或人为断电所造成无计划停电、停风带来的各种隐患问题。

Description

矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站

技术领域

本实用新型公开了一种矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，属于矿山供电设备技术领域。

背景技术

矿用局部通风机是井下采矿生产中必不可少的设备之一，是掘进工作面正常供风的主要动力设备。为了保证掘进工作面有连续稳定的新鲜风流供给，使掘进工作面和掘进巷道中的风流始终处于安全状态。这就要求局部通风机必须昼夜不停地运转着。为了保证局部通风机的连续运转，可靠的供电是关键。

目前，绝大多数矿井都实现了上述要求，但是从根本上也无法解决因受电线路故障干扰、控制设备本身故障、人为停电检修等造成的无计划停风现象。另外，由于掘进配电点安置了大量的电气设备，客观上也存在着事故隐患，尤其是电气失爆、电弧火花等都可能直接威胁着矿井安全。

发明内容

本实用新型针对已用技术的不足，提供一种一机多能并能实现660伏市电与蓄电逆变双路不间断供电和双风机自动切换的矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站。

本实用新型是实现《煤矿安全规程》规定的井下局部通风机“三专、两闭锁、双电源、双风机、备用风机自动切换”的供电要求，是一个一机多能并能实现660伏市电与蓄电逆变双路不间断供电和双风机自动切换的矿用机电设备。

一种矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，由向采掘工作面供电的矿用隔爆型低压真空磁力启动器、自动充电机、免维护储能蓄电池组、电源逆变模块系统、PLC自动控制系统、移动防爆外壳组成，其特征是自动充电机与免维护储能蓄电池组构成自充电回路，免维护储能蓄电池组与电源逆变模块系统及电源变压器组成后备660V三相交流供电电源。

外壳的外部结构为两端开启的箱式隔爆结构，是由内部器身、瓦楞箱体、低压侧端盖及接线盒，连接组变换法兰盒和移动拖架及凸缘滚轮等组成。箱体设计采用矿用小型移动变电站外壳结构，要具有良好的隔爆性能和足够的机械强度，整体外壳能承受1pa的内压而不发生永久变形或损坏。低压侧安装了QJZ-F-200A分级闭锁启动器，并通过法兰连接。移动壳体的顶端配置了馈线接线箱和运行动态监控观察箱，其中配线箱有四个大喇叭口和两个小喇叭口组成，四个大喇叭口是主备通风机的电机动力电源，两个小喇叭口是远方控制电缆和联接调度检测信号接口。

储能蓄电池组：它是由8块单快电压12V、单体容量200AH、系统电压48V、系统容量800AH、蓄电池连接四串四并的免维护干式蓄电池组成，安装在箱式隔爆腔内钢架组合安装。为大量减少占地面积，使用维护方便，8块蓄电池均匀分布在钢架容体内，用固定螺栓固定在支架上。蓄电池单体结构为铅钙六元合金板栅，涂膏成型的电极板。

自动充电机选择BC4860全自动充电机，可显著缩短充电时间、延长蓄电池使用寿命，完全做到无人值守。它安装在防爆壳体内的主支架上端，电路板经过三防处理，保证机器的可靠性与稳定性。BC4860充电机采用的充电模式为“恒流”(充电电流恒定，电压逐渐升高)→“恒压”(电压恒定，充电电流逐渐减小)→“浮充”(低电压、低电流)。以上过程均无需人为调控。具有充电速度快、充电还原效率高、无人值守、可超长时间充电，无过充危险、蓄电池使用寿命长等特点，

逆变电源采用SUNPOWER模块化逆变器，逆变模块体积小，重量轻，可靠性高。变换中独特的非线性控制系统，使逆变器在任何负载下均能输出纯净正弦波。N+1冗余备份设计，及在线热插拨功能，保证逆变电源系统任何一个模块退出都不影响其他模块正常工作，可随时扩容，大大提高系统可靠性。它是核心部件。该系统是由三个单相5KW逆变器移相而成，相差120度，每个单相逆变器通过RS232通信口控制而组成三相15KW逆变器，每个5KW逆变器系统由1个控制模块，5个逆变模块组成。它输出波型均为纯正的正弦波；输出频率可为50Hz、60Hz、400Hz；输入电压为12V、24V、48V、110V和220V，并可输出多种规格的交流电压；单项并联最大输出功率20KW，三相并联最大输出功率60KW。该系统输出的电压也十分精确，如当输入的直流电压在其允许的电压范围变动时，输出的交流电压测不到任何变动。同样的，当交流负载从0到100％变动时，该系统的输出的交流电压变化小于0.5V。其谐波失真最大为3％，因此可以说该逆变器提供了最纯正的正弦波交流电。

矿用隔爆型低压真空断路器选择了QJZ-F-200A分级闭锁启动器，其作用一是向智能电站提供660V工作电源；二是向掘进工作面供电。并承担与上一级配电电源断路器和甲烷断电仪实现电气闭锁。

市电与逆变PLC自动切换控制单元，主备通风机的主启动器选择了两个CKJ5-80/660真空磁力启动器和JDB-80A-2型电机综合保护器，她采用PLC实现双电源、单风机或双风机自动控制和保护，自动鉴别电源性质，保证主备通风机不间断供电运转，完全实现主备风机及开关的不停机自动切换控制，并承担与上一级断路器实现风电延时闭锁。

电气闭锁装置装备了甲烷电气闭锁装置和风电延时闭锁装置的接口。实现停风必须停电和瓦斯涌出异常必须自动切断电源的功能。同时，该装置还与上一级配电开关实现分级闭锁，达到停电检修时，必须停掉上一级电源的功能。

电源变压器适用于矿井660V的供电，而配置的SUNPOWER模块化逆变器输出波型均为纯正的正弦波380V。为满足用户要求，所以在输出端设计了一台20KVA的干式变压器升压。干式变压器采用空气自冷，绕组为圆筒式结构，铁芯采用三相心式叠积结构。器身安装在隔爆外壳内，变压器绕组和铁心工作时所产生的热量靠壳内空气对流和辐射传递到壳外。在设计壳体时，为考虑某种原因使隔爆壳内温度达到规定值时，在壳体内设置了热敏温度保护，能够发出报警信号。

本实用新型有两种工作状态，电网正常时，电网直接给通风机负载供电，并且通过两台60安充电机给48V800AH蓄电池充电，电瓶储存电能，就地自动备电。电网故障时，该装置能在0.2秒时间内迅速判断确认，并自动起动逆变，蓄电逆变储能自备660伏电源经过PLC自动控制系统在2.0秒时间内自动切换给负载供电。储能自备电源保证通风机运行≥1小时，并能在市电来电时，能在3分钟时间内自动切换到市电运行，恢复正常供电和充电运行状态。考虑到通风机的运转可靠性，该装置设置了当主风机出现故障时，PLC自动控制系统能够准确判断电机故障，并在60秒时间内自动切换至备用风机运转，达到安全可靠目的。

本实用新型的构成特点：

(1)、蓄能自备电源能满足三相660V、11KW-15KW负载1-3小时内连续不间断供电，保证主备通风机不停机运转；

(2)、选用模块化纯正正弦波逆变器便于维护保养，增强可靠性；

(3)、采用大功率充电机给蓄电池充电，有市电时快速给蓄电池充满电；

(4)、采用PLC实现双电源、单风机或双风机自动切换运转和保护；

(5)、通风机负载与向掘进工作面供电电源实现风电延时和瓦斯电双电气闭锁；

(6)、适用于煤矿井下和周围介质中含甲烷混合气体和煤尘，且有爆炸危险的环境中；

(7)、一次侧市电电压为50HZ、660V，输出电压为交流50HZ、660V、中性点不接地的三相动力电源，逆变输出电源电压的波形近似纯正正弦波。

(8)、具有较完善的短路、过载、漏电闭锁、超温报警等功能；

(9)、保护和运行动态监控可采取中文触摸屏显示；

(10)、双开门移动式结构、安装维护和运输方便。

原供电模式设备分散、用电电缆分布广，且一次性投资高等；而该系统是一机多能并能实现660伏市电与蓄电逆变双路不间断供电和双风机自动切换，可完全实现一掘一站的供电格局。原供电模式从根本上也无法解决因受电线路故障干扰，造成的无计划停电停风现象；而该系统的备电是采取自身电瓶储存电能，就地自动备电，实现备用电源不间断供电。原启动控制系统选择的是普通的QCZ83系列或QBZ-80/660VSF的控制开关；而该系统采用一体化的PLC可编程序控制器实现双电源、单风机或双风机自动切换功能。原启动控制系统只能局限在主备电源和主备通风机的自动切换；而该系统不但能实现上述功能，而且还能实现单通风机双电源自动切换和单机自动二次启动不停机功能。原供电模式安装复杂，维修安装人员劳动强度大；而该系统的设计为一体化双开门移动式结构，安装维护和运输方便。原供电模式点多、线上，不利于安全管理；而该系统集身一体，方便管理。原启动控制系统的风电延时闭锁装置采取的干接点闭锁并通过电缆外部连接；该系统是通过PLC内部程序实现与上一级断路器风电延时闭锁功能，不需外部连接，简化了操作接线。原供电系统三大保护单一分散无任何监测手段；该系统设置了完备的过压、过载、短路、断相、漏电闭锁、绝缘预警等综合保护功能，并通过数显或中文触摸屏菜单式显示，对系统进行运行动态监控。

本实用新型不仅克服了原有的供电设备分散、用电电缆分布广、设备投资大等诸多不利因数，而且它能彻底解决采掘工作面局部通风机因市电故障、检修或人为断电所造成无计划停电、停风带来的各种隐患问题。可实现一个掘进工作面，跟装一台电站的供电格局，是广大矿井管理者梦寐以求的替代产品，具有较广泛的推广和实用价值，能够带来物有所值的安全效益。

附图说明

说明书附图1是本实用新型的结构电原理图。

具体实施方式

一种矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，由向采掘工作面供电的矿用隔爆型低压真空磁力启动器、自动充电机、免维护储能蓄电池组、电源逆变模块系统、PLC自动控制系统、移动防爆外壳组成，其特征是自动充电机与免维护储能蓄电池组构成自充电回路，免维护储能蓄电池组与电源逆变模块系统及电源变压器组成后备660V三相交流供电电源。

外壳的外部结构为两端开启的箱式隔爆结构，是由内部器身、瓦楞箱体、低压侧端盖及接线盒，连接组变换法兰盒和移动拖架及凸缘滚轮等组成。低压侧安装了QJZ F-200A分级闭锁启动器，并通过法兰连接。

储能蓄电池组：它是由8块单快电压12V、单体容量200AH、系统电压48V、系统容量800AH、蓄电池连接四串四并的免维护干式蓄电池组成，安装在箱式隔爆腔内钢架组合安装。

自动充电机选择BC4860全自动充电机。

逆变电源采用SUNPOWER模块化逆变器，由三个单相5KW逆变器移相而成，相差120度，每个单相逆变器通过RS232通信口控制而组成三相15KW逆变器，每个5KW逆变器系统由1个控制模块，5个逆变模块组成

矿用隔爆型低压真空断路器选择了QJZ-F-200A分级闭锁启动器，其作用一是向智能电站提供660V工作电源；二是向掘进工作面供电。并承担与上一级配电电源断路器和甲烷断电仪实现电气闭锁。

市电与逆变PLC自动切换控制单元，主备通风机的主启动器选择了两个CKJ5-80/660真空磁力启动器和JDB-80A-2型电机综合保护器，她采用PLC实现双电源、单风机或双风机自动控制和保护，自动鉴别电源性质，保证主备通风机不间断供电运转，完全实现主备风机及开关的不停机自动切换控制，并承担与上一级断路器实现风电延时闭锁。

电气闭锁装置装备了甲烷电气闭锁装置和风电延时闭锁装置的接口。实现停风必须停电和瓦斯涌出异常必须自动切断电源的功能。同时，该装置还与上一级配电开关实现分级闭锁，达到停电检修时，必须停掉上一级电源的功能。

电源变压器适用于矿井660V的供电，而配置的SUNPOWER模块化逆变器输出波型均为纯正的正弦波380V。干式变压器采用空气自冷，绕组为圆筒式结构，铁芯采用三相心式叠积结构。

工作及控制过程：

待机初始状态

首先合上电源侧的QJZ-F-200A分级闭锁启动器HGK1隔离开关(该开关的作用一是向智能电站提供660V工作电源，二是向掘进工作面承担供电任务)，此时，由于该启动器在本机控制回路中串接了风电延时闭锁触点BSF，所以该启动器在风机未启动前拒绝启动，待风机正常运转向掘进工作面供风正常后方可启动供电(允许供电时间是由掘进工作面实际距离来设定)。然后合上前面板控制部分市电输入开关HK1和逆变输入开关HK2，系统即可由市电正常供电；此时，市电通过控制变压器B2，为市电输入控制回路提供控制电源。使延时继电器KT1和延时继电器KT2有电吸合，其延时继电器KT1-2常闭触点断开闭锁KM2回路，KT1-1常开触点经过180秒延时闭合(判断市电是否正常进入)，使KT2得电延时0.2秒吸合；市电掉电信号KT2-4常闭触点断开蓄电逆变回路，此时逆变器无输出处于正常待机工作状态。其KT2-1常开触点闭合，使市电输入接触器KM1线圈得电吸合，其主触点闭合为该系统和主备风机负载提供交流660V市电电源，辅助触电KM1-1常闭触点断开再次闭锁KM2回路；KM1-2、KM1-3常开触点闭合，蓄电池组即可由市电充电机正常自动充电；常开触点KM1-4闭合为PLC自动控制切换系统提供市电正常输入信号，为主备通风机启动做自动切换控制先决条件；此时整个系统处于市电启动待机准备状态。

市电源运转启动

通风机启动前：隔离换向开关HGK2、HGK3和钮子开关K1合上，此时，控制变压器B3有电，电子保护JDB2和JDB3正常工作，进行漏电闭锁检测；如主备风机负荷不漏电，则JDB2和JDB3电子保护器输出的常开触电3、4闭合，使主备通风机故障判断继电器JDB2-1或JDB3-1常开触电闭合，为PLC自动控制切换系统选择运行通风机启动提供先导条件，此时PLC内部控制系统的J1继电器得电吸合，其常闭触点J1-2断开闭锁备用通风机控制回路，使PLC输出端Y5处于断路OFF状态；JDB2-1常开触点闭合使PLC输出端Y4处于通电ON状态，为主通风机交流接触器XLC2启动作准备。按下启动按钮QA1，PLC自动控制切换系统中的KC1得电吸合，使PLC输出端Y0处于通电ON状态，同时，主通风机启动交流真空启动器XLC2线圈得电吸合，主回路接通主通风机开始运转，并有PLC内部控制系统的KC1-1辅助触点自保，维持主回路的接通；XLC2-7常闭触电断开闭锁备用通风机启动回路；PLC自动控制切换系统中的KC1-5常闭触电断开备用通风机启动回路XLC2，使PLC输出端Y1处于断路OFF状态，从而确保在主通风机运行时，备用通风机处于待机状态。另外，闭锁在启动过程中主回路负荷侧捡漏回路XLC2-3能在真空接触器吸合以前提前断开，保证主回路中的高压不会串到保护中去，此时，主通风机就处于正常不停机运转状态。

自备电源自动投入

当主通风机正常运转时，突然市电掉电，主通风机瞬时失电停止运转。此时，市电输入控制回路的KM1、KT1和KT2瞬间失电，KM1市电投入接触器主触点断开市电输入回路，其辅助触点KM1-2、KM1-3常开触电断开自动充电回路，常闭触电KM1-1、市电输入继电器KT1-1、KT1-2闭合为蓄电逆变控制回路启动作准备，市电输入继电器KT1-3常闭触电闭合，掉电信号启动逆变器，逆变器瞬时启动输出交流380V电源，此时，蓄电逆变控制回路的KM3接触器线圈得电吸合，主触电闭合接通；蓄电逆变控制延时继电器KT3线圈获电吸合，经过0.2秒延时其辅助常开触点KT3-1闭合，使MK2接触器线圈得电吸合，其主触电吸合闭合，逆变输出电压经升压变压器B1输出交流660V电压为该系统和主备风机负载提供自备电源，其辅助常闭触电KM2-1断开闭锁市电输入接触器KM1回路，同时常开触电KM1-4断开PLC内部控制系统的延时继电器SJ3回路，进行2秒倒记时为主通风机允许逆变输出电压再启动作先决条件(如果在2秒时间内自备储能电源因其它特殊情况未能及时投入时，此时，主通风机转速已经停止，为避免大启动冲击电流会将逆变电源系统烧坏，建议不要让自备逆变电源带动负载直接启动)。此时，由于KM2-2辅助常开触点已经闭合，接通了PLC内部原运行主通风机二次启动控制系统中的J3和SJ2回路，在2秒时间内使PLC自动控制切换系统中的KC1又重新得电吸合，PLC输出端Y0又再次处于通电ON状态，主通风机启动交流真空启动器XLC2线圈又再次得电吸合，主回路接通主通风机开始继续运转，其他辅助触点开始再次自保闭锁，从而确保主通风机在市电未恢复供电的情况下允许1-2小时不停机运转，以便维修电工及时判断市电跳闸原因，并及时进行处理，恢复正常供电。当恢复正常供电时，为了判断市电是否已经恢复正常供电，杜绝主通风机频繁启动，该系统在市电输入控制先导回路设置了延时继电器KT1，进行180秒时间的检测，确认是市电正常进入后，就自动转换为市电运行程序。

双风机自动切换

为达到掘进工作面不间断供风，确保主备通风机正常运转，该系统设置了采用PLC实现双电源、双风机自动切换及保护。由于在主备通风机的主回路分别设置了两台电动机综合保护器JDB2和JDB3，他们具有过电压吸收装置和短路保护、过载保护、漏电及漏电闭锁保护、断相保护等。当主通风机在正常通风运转时，如果主通风机电机故障，这时电动机综合保护器JDB2输出的常开触点3、4点断开，使故障判断继电器JDB2-1失电断开，此时PLC内部控制系统的J1继电器失电，使其常开触点J1-3和SJ1常开触点迅速断开主交流真空启动器XLC2和控制先导KC1回路，使主通风机停止运转，并进行安全自锁。XLC2-6辅助常闭触点闭合，为备用通风机启动作准备；PLC内部控制系统的J1-2闭合并通过备用通风机的故障判断继电器JDB3-1接通了继电器J2回路，其J2-2常开触点闭合为备用通风机做准备，其J2-1常开触点闭合，使时间继电器SJ5得电，经过30秒延时后，其常开触电SJ5-1闭合，接通备用通风机控制回路，此时，如果市电正常输入时，其SJ5-2闭合，使PLC自动控制切换系统中的KC2得电吸合，此时PLC输出端Y1处于通电ON状态，继电器J2-3得电闭合后，使PLC输出端Y5处于处于通电ON状态，备用通风机启动交流真空启动器XLC3线圈得电吸合，主回路接通主通风机开始运转，并有PLC内部控制系统的KC2-1辅助触点自保持，维持主回路的接通；XLC3-6常闭触电断开闭锁主通风机启动回路；PLC自动控制切换系统中的KC2-5常闭触电断开主通风机启动回路XLC2，使PLC输出端Y0处于断路OFF状态，从而确保在备用通风机运行正常运转，这时，维修人员可关闭主通风机的换向开关HGK2进行故障处理。在备用通风机运转时，如果市电断电，备用通风机会瞬时失电停止运转。此时，自备储能电源会同主通风机的自动投入和风机自动二次启动及市电来电自动切换控制程序相同。当主通风机故障排除后，需要恢复主机运转时，操作司机或维修电工可人为关掉备用通风机的停止按钮，重新合上主通风机的换向开关HGK2，使该系统重新回到市电源运转启动程序。

急停

按下近控或远控急停按钮TA，电路动作过程与启动过程程序相反，该系统进入待机初始状态。间隔3秒后，操作人员可按下FQ复位按钮，整个系统又自动回到下次重新启动程序。

QJZ-F-200A作用：一是向智能电站提供660伏工作电源，二是向掘进工作面担负动力供电任务。

2UH-660/15KW模块：市电660伏与备电自动切换。

800-1600AH蓄电池储能组：市电停电时用蓄电池通过逆变产生备电。

SPMN15KW-348模块逆变电源：在市电停电情况下，模块把蓄电池的直流电逆变成供风机用660伏电源。

主控制显示PLC：待机初始状态，自行判断市电是否正常，如市电正常，供电超过180秒才能启动主风机，主风机运转期间如停电，延时2秒自备电源自动投入，在备电投入运行期间，如市电恢复正常超过180秒，系统便会自动切换为市电运行。如主扇在市电运行期间，主扇电机烧坏，则在20秒后自动启动备扇，备扇运转期间，如市电停电，备扇将重复主扇的程序自动切换。

JDB-2、JDB-3中文电机综合保护器：保护局扇电机及显示，和局扇工作电压、电流。

Claims (8)

1、一种矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，由向采掘工作面供电的矿用隔爆型低压真空磁力启动器、自动充电机、免维护储能蓄电池组、电源逆变模块系统、PLC自动控制系统、移动防爆外壳组成，其特征是自动充电机与免维护储能蓄电池组构成自充电回路，免维护储能蓄电池组与电源逆变模块系统及电源变压器组成后备660V三相交流供电电源。

2、根据权利要求1所述的矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，其特征是所述外壳的外部结构为两端开启的箱式隔爆结构，是由内部器身、瓦楞箱体、低压侧端盖及接线盒，连接组变换法兰盒和移动拖架及凸缘滚轮等组成；低压侧安装了QJZ-F-200A分级闭锁启动器，并通过法兰连接。

3、根据权利要求1所述的矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，其特征是所述储能蓄电池组：它是由8块单快电压12V、单体容量200AH、系统电压48V、系统容量800AH、蓄电池连接四串四并的免维护干式蓄电池组成，安装在箱式隔爆腔内钢架组合安装。

4、根据权利要求1所述的矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，其特征是所述自动充电机选择BC4860全自动充电机。

5、根据权利要求1所述的矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，其特征是所述逆变电源采用SUNPOWER模块化逆变器，由三个单相5KW逆变器移相而成，相差120度，每个单相逆变器通过RS232通信口控制而组成三相15KW逆变器，每个5KW逆变器系统由1个控制模块，5个逆变模块组成

6、根据权利要求1所述的矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，其特征是所述矿用隔爆型低压真空断路器选择了QJZ-F-200A分级闭锁启动器，其作用一是向智能电站提供660V工作电源；二是向掘进工作面供电。并承担与上一级配电电源断路器和甲烷断电仪实现电气闭锁。

7、根据权利要求1所述的矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，其特征是所述市电与逆变PLC自动切换控制单元，主备通风机的主启动器选择了两个CKJ5-80/660真空磁力启动器和JDB-80A-2型电机综合保护器，实现主备风机及开关的不停机自动切换控制，并承担与上一级断路器实现风电延时闭锁。

8、根据权利要求1所述的矿用采掘工作面局部通风机移动智能电站，其特征是所述电源变压器适用于矿井660V的供电，而配置的SUNPOWER模块化逆变器输出波型均为纯正的正弦波380V，干式变压器采用空气自冷，绕组为圆筒式结构，铁芯采用三相心式叠积结构。

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