柳巷煤矿暖风机自动控制系统的技术改造.pdf

徐正玺. 柳巷煤矿暖风机自动控制系统的技术改造[Ｊ]. 煤矿机电ꎬ２０１８４１０６￣１０８. ｄｏｉ１０. １６５４５/ ｊ. ｃｎｋｉ. ｃｍｅｔ. ２０１８. ０４. ０３１ 柳巷煤矿暖风机自动控制系统的技术改造 徐正玺 江苏省矿业工程集团有限公司ꎬ 江苏 徐州 ２２１００５ 摘 要 柳巷煤矿矿井冬季温度变化较大ꎬ低温天气较多ꎬ为防止副井筒结冰ꎬ并保证矿井通风系 统的安全可靠ꎬ设计了基于两回路独立输出温度控制器的暖风机自动控制系统ꎮ 该系统包括温度 控制和电动机保护装置ꎬ不仅能实现暖风机的自动控制ꎬ而且保证了暖风机设备运行的可靠性ꎮ 该 系统经实际运行ꎬ实现了暖风机安全高效运行ꎬ并取得了较好的经济效益ꎮ 关键词 自动控制ꎻ 温度控制器ꎻ 暖风机ꎻ 电动机保护 中图分类号ＴＰ２７３ 文献标识码Ｂ 文章编号１００１ －０８７４２０１８０４ －０１０６ －０３ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｗａｒｍ Ａｉｒ Ｂｌｏｗｅｒ ａｔ Ｌｉｕｘｉａｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ＸＵ Ｚｈｅｎｇｘｉ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬ Ｘｕｚｈｏｕ ２２１００５ꎬ Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｔ ｃｏｌｄ ｗｅａｔｈｅｒ ｏｆ Ｌｉｕｘｉａｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒꎬ ａｎｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍꎬ ａ ｗａｒｍ ａｉｒ ｂｌｏｗｅｒ ｗｉｔｈ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｕａｌ ｌｏｏｐ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｕｔｐｕｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ. Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅꎬ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｒｍ ａｉｒ ｂｌｏｗｅｒꎬ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｒｍ ａｉｒ ｂｌｏｗｅｒ. Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ｓａｆｅ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｒｍ ａｉｒ ｂｌｏｗｅｒ ａｎｄ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｇｏｏｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌꎻ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒꎻ ｗａｒｍ ａｉｒ ｂｌｏｗｅｒꎻ ｍｏｔｏｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ０ 引言 柳巷煤矿地处毛乌素沙漠与陕北黄土高原接壤 地带ꎬ十月中旬降雪ꎬ翌年二月解冻ꎬ冬季寒冷而漫 长ꎬ最低温度达到 －２９. ７ ℃ꎬ日温差 １５ ２０ ℃ꎮ 该 矿井设计主、副斜井为进风井ꎬ其中主斜井净断面 １５. ７ ｍ２ꎬ且巷道内安装 １ 条 １ ２００ ｍｍ 的主运输带 式输送机ꎻ副斜井净断面 ２０. ７ ｍ２ꎬ为轨道运输ꎮ 主、副斜井的冬季进风量分别为 １ ５６２ ｍ３/ ｍｉｎ、 １ ９５４ ｍ３/ ｍｉｎꎮ 为防止冬季副井筒结冰以及副井进风量过大ꎬ 造成主井回风现象ꎬ引发重大安全隐患ꎬ在副井筒安 装有空气加热机组ＫＪＺ￣４５ 型加热机 ３ 台ꎬ两用一 备１ 套ꎮ 该加热机组的初始设计控制系统为空气 开关操作ꎬ该系统完全由人工进行操作ꎬ电动机保护 系统不齐全ꎬ容易发生安全事故ꎮ 并且该系统无温 度检测保护ꎬ需要另外安装温度传感器ꎬ在调度室进 行监控ꎬ由调度室根据井筒内的实际温度情况ꎬ通知 相关人员完成暖风机的开停工作ꎮ 由于该系统保护 不齐全、不可靠ꎬ一旦相关工作人员疏忽ꎬ极易造成 井筒结冰ꎬ井下风流紊乱的安全事故ꎮ 因此ꎬ需要对 该系统进行了技术改造ꎬ以保证矿井的安全生产ꎮ 该系统主要包含两方面一方面是根据环境温 度及井筒内部温度的变化ꎬ自动调整空气加热机的 运行台数ꎻ另一方面对电动机的运行状况进行检测ꎬ 出现故障漏电、过载、断相自动断电并报警ꎬ提醒 􀅱６０１􀅱 煤 矿 机 电 ２０１８ 年第 ４ 期 工作人员进行检修ꎬ有效提高冬季暖风机的安全 运行ꎮ １. １ 主要功能自动温控系统设计 该温控器系统选用目前已比较成熟的 ＢＦ￣４４０Ａ 型温度控制器ꎮ ＢＦ￣４４０Ａ 为 ２ 路测温、２ 路独立输 出温度控制器ꎬ接 ２ 条热敏电阻式温度传感器 ＮＴＣꎮ 第一路为常开、常闭触点信号输出ꎻ第二路 为常开触点信号输出ꎮ 可分别设置Ⅰ路和Ⅱ路的控 温段ꎬ控温段由设定的温控值及控温下限回差值组 成ꎮ 另外该控制器具备探测温度偏差矫正功能ꎬ可 有效地解决因长距离信号传输发生测温数值不准确 而导致设备控制误动作问题ꎮ 同时具备掉电保持记 忆功能ꎬ当设备电源断电后ꎬ再来电时所有已设置参 数均可保持不变ꎬ免除每次停电后需重新设置的 不便ꎮ １. ２ 工作原理 工作状态下控制器屏幕总是显示当前实际温度 测量值ꎮ Ⅰ路温控功能当温度测量值≥Ⅰ路温控 值时ꎬ常开点断开１＃暖风机停机、常闭点吸合ꎻ当 温度测量值≤Ⅰ路温控值减去Ⅰ路控温下限回差值 时ꎬ常开点吸合暖风机、常闭点断开ꎮ Ⅱ路温控 功能当温度测量值≥Ⅱ路温控值时ꎬ常开点断开 ２＃暖风机停机ꎻ当温度测量值≤Ⅱ路温控值减去 Ⅱ路控温下限回差值时ꎬ常开点吸合开始加热ꎮ 该控制器接线端子如图 １ 所示ꎮ 图 １ 自动温控系统控制器接线端子图 ２ 电动机保护系统设计 ２. １ 主要组成 电动机保护系统能实现在电动机出现故障漏 电、过载、断相的情况下ꎬ停机并报警ꎬ提醒工作人 员对设备进行检查ꎮ 该保护系统主要由热继电器、 带欠压脱扣及漏电检测的空气开关以及型号为 ＸＪ３￣Ｇ 的缺相与相序保护继电器组成ꎮ 其中热继电 器起过载保护作用ꎬ空气开关起漏电保护作用ꎬＸＪ３￣ Ｇ 继电器起断相保护的作用ꎮ ２. ２ 工作原理 利用 ＸＪ３￣Ｇ 缺相与相序保护继电器实现缺相保 护报警电路ꎬ如图 ２ 所示ꎮ Ｊ 为加装的缺相及相序 保护继电器ꎬＪ５ ６为其常开触点ꎬ与自动空气开 关的欠压脱扣器的线圈串联ꎬＪ７ ８为其常闭触 点ꎮ 先合上自动空气开关 ＱＦꎬ若电源正常时ꎬ继电 器 Ｊ 处于吸合状态ꎬＪ５ ６闭合ꎬＪ７ ８打开ꎻ再 合上报警电路电源开关 ＱＳꎬ由于 Ｊ７ ８打开ꎬ灯 ＨＬ 不会亮ꎬ电铃不会响ꎮ 当电动机缺相运行时ꎬＪ 立刻释放ꎬＪ５ ６断开ꎬ使自动空气开关 ＱＦ 的失 压脱扣器的线圈电压不足ꎬ自动空气开关 ＱＦ 跳闸ꎬ 从而保护电动机ꎻ而 Ｊ７ ８闭合ꎬ电铃响ꎬ灯泡 ＨＬ 亮ꎬ实现报警功能ꎮ 缺相及相序保护继电器 Ｊ 采用 新工艺和集成电路ꎬ为电压取样方式ꎬ与被保护的电 动机的功率无关ꎬ无需进行任何电流等级的整定ꎬ能 在电动机启动前、运行中发生的任意相缺相、错相等 故障起到保护作用ꎮ 缺相及相序保护继电器 Ｊ 的 １、２、３ 端接三相电源ꎬ５、６ 端为常开触点ꎬ７、８ 端为 常闭触点ꎮ 如果按图安装以后ꎬ发现电动机不能启 动ꎬ说明缺相及相序保护继电器 Ｊ 的相序鉴别已经 起作用ꎬ只需将继电器 Ｊ 的 １、２、３ 端任意 ２ 条线互 换ꎬ电动机就能正常启动了ꎮ 图 ２ 电动机保护系统图 ３ 整体控制系统设计 将自动温控系统与电动机保护系统进行合并ꎬ 可得到以下需要的控制回路ꎬ能够实现对暖风机的 自动控制ꎬ见图 ３ꎮ 其中Ⅰ路温度传感器安装在井口向下 １００ ｍ 处ꎬ测量井筒内的温度ꎬⅡ路温度传感器安装在副井 􀅱７０１􀅱２０１８ 年第 ４ 期煤 矿 机 电 图 ３ 整体控制系统图 口外ꎬ测量地面环境温度ꎮ 根据往年暖风机运行的 规律ꎬ设置Ⅰ路传感器的温控值为 ２５ ℃ꎬ控制回差 值为 ２０ ℃ꎻⅡ路传感器的温控值为 ５ ℃ꎬ控制回差 值为 １５ ℃ꎮ 即井筒内温度低于 ５ ℃时 １＃暖风机开 启ꎬ温度高于 ２５ ℃ 时 １＃暖风机关闭ꎮ 在地面环境 温度低于 － １０ ℃时ꎬ２＃暖风机开启ꎬ温度高于 ５ ℃ 时 ２＃暖风机关闭ꎮ ４ 结论 矿井暖风机自动控制系统经实际运行取得了良 好的效果ꎮ １安全效益ꎮ 该系统投入以后ꎬ使副斜井暖风 机的运行更加合理、可靠ꎬ有效地保证了矿井通风系 统的安全ꎬ能够预防井筒结冰的重大安全隐患ꎬ同时 增加各项电动机保护系统ꎬ保障了设备的安全运行ꎬ 降低了人员触电风险ꎬ有较好的安全效益ꎮ ２经济效益ꎮ 由于副井打点硐室与空气加热 机室为分开建筑ꎬ中、夜班需要安排专人对该设备的 运行进行看护ꎮ 使用该自动控制系统后ꎬ只需将报 警装置接入副井口打点硐室ꎬ由井口信号工看护即 可ꎮ 该矿冬季供暖时间按照 ５ 个月计算ꎬ１ 个供暖 期可以节省 ３００ 个人工ꎬ人工工资按照 １００ 元计算ꎬ 可节省人工工资 ３ 万元/ 年ꎮ 另外由于之前没有使 用温度控制系统ꎬ基本上有 ３ 个月的时间都是 ２ 台 暖风机运行ꎬ该系统投入以后ꎬ至少能够减少 ２ 台风 机同时运行一半的时间ꎬ每年可节省电费１５ ｋＷ ２４ ｈ ４５ ｄ ０. ７３ 元/ ｋＷｈ ＝１１ ８２６ 元ꎮ 每年合 计可节约资金约 ４ 万元ꎮ 参考文献 [１] 崔建国ꎬ宁永香. 工矿机电设备相序保护器的设计与应用[Ｊ]. 煤炭工程ꎬ２０１６ꎬ４８５７７￣７９. [２] 张金波ꎬ 赵春雷. 三相电机断相、过载、相序保护器设计[Ｊ]. 电工技术ꎬ２００３９５０￣５１. [３] 国家安全生产监督管理总局. 煤矿安全规程[Ｓ]. 北京中国法 制出版社ꎬ２０１６. 作者简介徐正玺１９８３ꎬ男ꎬ工程师ꎮ ２０１４ 年毕业于中国矿业 大学电气工程专业硕士学位ꎬ现从事机电安全技术管理工作ꎮ 发 表论文 ３ 篇ꎮ 收稿日期２０１７ －１１ －２９ꎻ责任编辑姚克 􀅱８０１􀅱 煤 矿 机 电 ２０１８ 年第 ４ 期