供断电设备及其控制.ppt

,,第六章供断电设备及其控制,,本章主要内容,1、磁力起动器及其控制2、矿用隔爆型馈电开关3、风电瓦斯闭锁4、甲烷断电仪,1）在煤矿井下，电的供给、断开是非常重要的安全生产要素。2）本章主要从安全监控的角度重点讲解在安全监控系统范畴内各种紧急情况下实现设备供电、断电控制的相关原理，也即矿井下供电、断电的各种典型控制设备主要参数、工作原理，及其控制方法。3）重点掌握低压侧动力设备的供断电设备磁力起动器、馈电开关，高压侧的馈电开关，风、电、瓦斯闭锁相关的控制仪器或监控设备等。,一、磁力起动器及其控制,磁力起动器定义启动设备后要保持其运行状态，但是在正常停车或者超限、故障等其他紧急事故情况下又会要求设备停止运行，实现这种控制要求的设备就是磁力起动器，也称电磁启动器。矿用隔爆型磁力起动器由隔爆外壳、交流接触器、换相隔离开关、保护电路（包括熔断器、热继电器和电动机综合保护）、控制电路、控制变压器等组成。,6.1.1隔爆型磁力起动器概论1）用途隔爆型磁力起动器主要用于煤矿井下，交流电动机直接起动、停止和反转，并对电动机及有关电路进行保护2）分类空气式和真空式空气式磁力起动器主回路采用空气式交流接触器主要用于起动不频繁的电气设备。空气式磁力起动器的优点结构简单、维护方便、价格便宜缺点极限分断能力较低，短路保护必须采用熔断器,真空式磁力起动器主电路采用真空式交流接触器优点具有分断能力强、燃弧时间短、触头磨损小、电寿命长、安全可靠用途适用于煤矿井下起动频繁的电气设备。缺点真空式交流接触器因切断电流速度太快，会产生操作过电压，并且真空管真空度的保持和检测也存在一些困难。真空式磁力起动器的结构与空气式磁力起动器基本相同，不同的是增加了过电压保护,1）磁力起动器主要技术性能（1）额定工作电压（）额定工作电压与额定工作电流共同决定着磁力起动器的接通与分断能力。磁力起动器的额定工作电压有380V、660V、1140V三种（2）额定发热电流额定发热电流指接触器等电器元件安装在确定的外壳内，在规定的工作条件下所承载的最大电流。额定发热电流有40（30）A、100（80）A、160（120、200）A、315A、400A几种,1）磁力起动器主要技术性能（1）额定工作电压（）额定工作电压与额定工作电流共同决定着磁力起动器的接通与分断能力。磁力起动器的额定工作电压有380V、660V、1140V三种（2）额定发热电流额定发热电流指接触器等电器元件安装在确定的外壳内，在规定的工作条件下所承载的最大电流。额定发热电流有40（30）A、100（80）A、160（120、200）A、315A、400A几种,（3）额定控制电源电压额定控制电源电压是指提供给控制电路的电压，交流有6V、12V、24V、36V、42V、127V、220V、380V、660V，直流有6V、12V、24V、48V、110V、200V。其中先导电路电压不高于36V。（4）动作性能动作性能是指控制电源电压在额定控制电压的波动范围内75110，磁力起动器应能可靠闭合，并当控制电压不低于60额定控制电源电压时处于吸合状态的起动器不应释放。,（5）磁力起动器应具有失压保护、过载保护和短路保护并根据需要可设断相保护，主电路漏电闭锁保护，控制电路绝缘监视保护等。2）磁力起动器的基本原理磁力起动器启动、保持、停止状态之间的转换过程，可由一种简化的基本控制电路来实现，图6-1为基本控制电路简图。,先导继电器,交流接触器,中间继电器,6.1.2QC83系列隔爆型磁力起动器及其控制主要技术参数,1）QC83－80N型磁力起动器及其控制,近停按钮,远停按钮,正转启动按钮,反转启动按钮,,,,,,,,,,,,,,,,,,,自保常开,监控断电接点,闭锁常闭触点,表6-2QC83-80N系列磁力起动器的主要故障及其处理方法,2）QC83－120D、225D型磁力起动器及其控制,,,,,,,,,,,,,,,先导继电器,交流接触器,综合保护器,6.1.3QJZ、QBZ系列真空磁力起动器1）产品型号和主要技术数据,产品型号,表6-3QBZ、QJZ系列磁力起动器的主要技术参数,2）隔爆型外壳结构特点（1）200A及以下为圆型转盖式结构,图6-5新型磁力起动器隔爆型外壳,绝缘板2.联通节3.叉式接线端子4.组合式接线端子（七芯端子套）,圆型转盖式结构是煤矿上早已使用，目前仍大量使用的防爆外壳改型后，接线箱内主电路采用了六个千伏级叉式接线端子，同时增设了绝缘隔板，控制回路由原产品的5个接线柱改为两个七芯端子，且相距大于50mm；控制电缆引入装置也由原来的2个增加为4个，这主要是为了满足目前矿井下控制和监控的需要,（2）200A以上为方型平移式快开门结构,图6-6平移式快开门外壳,外壳体由主腔、接线腔、前门和托撬组成。壳体和门盖采用平面止口式结构。接线腔在主腔上方，各为独立的隔爆结构。开关门时要注意联锁杆的进退，隔离换相开关手柄分正转、停止、反转三档位置，开门时必须将手柄打在停的位置方可打开前门。壳体内装有抽屉式本体（或称车式本体）、卡轨和主回路静碰撞触头、隔离开关操作板及控制线路连接器等，以上两种隔爆外壳集中了近几年矿用防爆外壳的设计精华，将成为我国煤矿井下目前和一段时间内开关外壳的代表作。,3）电路及动作原理（1）电器组成及电路特点组成电器主要由本体、接线箱电缆引入装置、接线端子特点除电压升级为1140V外，具有通讯接口，用于实现监测监控功能用途的开关控制电路均为本质安全型电路，其保护采用数字式电动机综合保护器，并具有发光二极管显示功能，可实时显示开关的运行状态。主回路的负载能力和控制保护的准确性及可靠性均较之同类产品有显著提高。,图6-7QJZ200/1140（660）电气原理图,,,,,,,,,,,,,,,,,（2）操作方法和动作原理单台近程单台远控多台近控多台远控,6.2矿用隔爆型馈电开关矿用隔爆型馈电开关是井下重要的机电设备，其功能是控制馈电主回路的供电。煤矿安全规程（2004）第四百五十五条规定井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。即规定馈电开关应具备短路、过负荷和漏电保护功能。要求有一定的分断能力，因为如果井下供配电线路发生过载，将引起设备烧损，甚至引起瓦斯爆炸。,6.2.1矿用隔爆型馈电开关概述作用隔爆型馈电开关用来接通和分断承载的正常电流，并能在规定的异常条件下（如短路），在一定的时间内分断承载的异常电流；隔爆型馈电开关有空气式和真空式两种。组成隔爆型馈电开关由隔爆外壳和以断路器为主的本体两部分组成馈电开关的核心部件是断路器，本体上设有脱扣器、信号辅助装置和电流互感器外壳由主腔、壳盖和接线盒三部分组成。,低压断路器一般由触头系统、灭弧室、自由脱扣机构、操作机构、过电流脱扣器、欠电压（失压）脱扣器、分励脱扣器、辅助触头、框架等组成。过电流脱扣器是短路和过流的保护电路。当回路发生过载或短路时，电磁式过电流脱扣器的衔铁被吸动，断路器跳闸欠压脱扣器在电网电压低于35额定电压时使断路器分断。欠电压（失压）脱扣器也多为电磁式。当主电路电压消失或降至一定数值以下时，其电磁吸力不足以继续吸持衔铁，在弹簧的作用下，衔铁的顶板推动脱扣器半轴，从而使断路器断开。,分励脱扣器一般用来遥控分断断路器。分励脱扣器由控制电源供电，它是一个电磁铁，可以按操作人员的命令或继电保护信号使其线圈通电，其衔铁（或铁心）动作，从而使断路器分断电路。电子式脱扣器由信号检测、过电流保护、触发单元、执行单元和稳压电源等组成，具有过载延时、短路瞬动及欠电压延时等保护功能。断路器可同时采用电磁式过电流脱扣器和电子式脱扣器，也可以只采用其中一种。馈电开关主要技术参数如表6-4所示。,表6-4馈电开关主要技术参数表,图6-8KBD-200/660（380）馈电开关,6.2.2DW15型断路器断路器是馈电开关的核心部件，常见的DW80系列、DZKD系列和DWKB系列馈电开关采用DW15型断路器其主要技术特征如下（1）配电变压器容量315、500、630KVA；（2）额定电压1140V、660V；（3）额定电流400A（1140V）、440A（660V）（4）通断能力（功率因数0.3）7500A（1140V）、9100A（660V）；（5）长延时过流整定范围0.4～1倍额定电流；（6）瞬时过流整定范围3～10倍额定电流。,DW15型号含义如下,,断路器电子式脱扣器工作原理,,,脱扣线圈,,,,,,,,,,,,长延时电容（一般过载）,短延时电容（严重过载）,无延时环节（短路保护）,断路器,6.2.3KBZ系列矿用隔爆型真空馈电开关KBZ-400（500\630）/1140（660）矿用隔爆型真空馈电开关是用于煤矿移动变电站低压侧馈电开关，和煤矿井下配电系统总开关或分支开关。也可作为不频繁起动的电动机控制开关。KBZ系列馈电开关有采用单片机的智能保护系统和电子式保护系统两种。型号意义及基本参数如下，其技术参数见表6-5。,型号意义如下,表6-5KBZ馈电开关技术参数表,1）结构壳体用钢板焊接加工制成2）电气原理馈电开关的电气线路由主回路、控制回路和保护电路三大部分组成,主回路是通过真空断路器接通与分断。控制回路由隔离开关、电源变压器、断路器的常开常闭触点、欠压线圈和分励线圈及控制按钮等器件组成。当出现过载、短路、欠压、漏电等故障时，控制电路可发出动作信号，使主回路按规定时间动作，同时可通过发光二极管的亮灭，指示出故障的类别。保护电路有漏电、过载、短路、欠压、过压等保护及漏电闭锁功能。,2）操作程序（1）移变高压侧送电（若开关独立使用时，用适当电源送电）。（2）将机械联锁螺杆旋出闭锁位置。（3）将隔离开关手柄转至合闸位置。此时开关分闸信号灯亮，仪表照明灯亮，闭锁信号灯亮，电压表有电压指示。（4）按复位按扭，闭锁信号灯灭，检测灯亮，此时电网线路绝缘正常，允许合闸。5）按合闸按扭，馈电开关合闸，合闸灯亮，分闸灯灭，KΩ表有绝缘电阻指示，如带负载，电流表有指示，进入正常运行状态。,6.2.4KBGZ矿用隔爆型移动变电站用高压真空开关KBGZ-400/10Y矿用隔爆型移动变电站用高压真空开关用作移动变电站高压侧开关，主体是10KV真空断路器，电动分合闸。使用微机保护电路，更加安全可靠。液晶显示屏上用汉字显示当前状态，微机实现远程联网通讯，可由上位机集中控制，实现远距离合、分闸等操作，并可直接显示远端开关当前运行状态，及故障情况。可方便查询本次及之前发生的故障及参数。高压真空开关适用于有瓦斯及煤尘爆炸危险的矿井中，对三相交流中性点不直接接地的供电系统进行控制、保护、计量。可以与各种型号的低压侧开关或低压保护箱配套使用。,KBZ系列型号意义如下,表6-8KBGZ-400/10Y馈电开关技术参数表,1）结构高压真空开关由箱壳、箱门、高压电缆连接器、微机型保护单元、电流互感器、高压断路器、压敏电阻等组成2）工作原理本开关电路包括主回路、控制回路、保护回路三部分,（1）主回路是从外电网由三根导线经隔离装置（触头），输入断路器，再经隔离装置（触头），导电带，输入到移动变电站高压侧。（2）控制回路有控制电源变压器、继电器、按钮和电机合闸回路等器件组成。控制电源由外电路经电源变压器提供。（3）保护电路功能由微机保护和压敏电阻实现，提供过载保护、短路保护、欠压保护、漏电保护、过电压保护和风电闭锁。本开关的保护电路即受本开关保护信号的控制，又受低压侧保护箱各种保护信号的控制。（4）保护整定包括过载保护整定、短路保护整定、漏电保护整定和欠压保护动作值。,（5）液晶显示屏的使用及参数整定（6）组网通讯功能3）使用、操作（1）安装（2）整定（3）试验,图6-14KBGZ-400/10Y高压真空开关原理图,6.3风电瓦斯闭锁我国大部分煤矿是瓦斯矿井，防止瓦斯爆炸历来是煤矿生产的重中之重。在我国煤矿瓦斯事故中，掘进工作面占有相当高的比例。因此，防止掘进工作面瓦斯事故的安全技术装备至关重要。实践证明，掘进工作面的供电不仅受到局部通风机的制约，还要受局部瓦斯浓度制约，并因此产生了“风电瓦斯闭锁”问题，即要实现“三专二闭锁”。三专是指岩巷掘进工作面的局部通风机必须采用专用开关、专用电缆、专用变压器进行供电；二闭锁是指瓦斯电闭锁、风电闭锁。,1996年煤炭部颁布的MT631煤矿用风电甲烷闭锁装置通用技术条件标准中，针对风电闭锁、瓦斯电闭锁和瓦斯风电闭锁功能主要提出了10条要求；煤矿安全规程（2004版）第三章通风与安全监控和AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求对风电闭锁、瓦斯电闭锁和瓦斯风电闭锁功能，提出了相应要求。（1）掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.0CH4时声光报警；达到或超过1.5CH4时，切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；低于1.0CH4时，自动解锁。,（2）掘进工作面回风流中的甲烷浓度达到或超过1.0CH4时声光报警；同时切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；低于1.0CH4时，自动解锁。（3）当串联掘进工作面入风流中的甲烷浓度达到或超过0.5CH4时声光报警；同时切断被串联掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；低于0.5CH4时，自动解锁。（4）局部通风机停止运转或风筒风量低于规定值时，声光报警，同时切断供风区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当局部通风机或风筒恢复正常工作时，自动解锁。,（5）局部通风机停止运转，掘进工作面或回风流中的甲烷浓度大于3CH4时，应对局部通风机进行闭锁使之不能起动，只有通过密码操作软件或使用专用工具方可人工解锁；当掘进工作面或回风流中甲烷浓度低于1.5CH4时，自动解锁。（6）与闭锁控制有关的设备（含分站、电源、甲烷传感器、断电控制器等）故障或断电时，声光报警、切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；与闭锁控制有关的设备接通电源1分钟内，应继续闭锁该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源。当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。,6.3.1FDZB-1A型风电瓦斯闭锁装置特点（1）完全符合通用技术条件的要求；（2）主机采用单片微机控制，软件功能完善，硬件系统简单；（3）配备KG3001A型高低浓度组合式瓦斯传感器，具有保护低浓度元件和高低浓度自动转换功能；（4）具有可与环境监测系统联网的功能。,FDZB-1A型风电瓦斯闭锁装置包括一台主机、三台瓦斯传感器和一台风筒传感器（风量开关）。其中（1）主机容量63VA三通道模拟量输入，二通道开关量输入，三通道模拟量输出，开关量输出为五通道电磁继电器，每个继电器具有三组常开与常闭接点（只能用其中之一），接点容量为交流220V/3A，外型尺寸480330210mm；重量65kg。（2）瓦斯传感器（KG3001A型）本安电源DC16V、370mA，测量范围0～3CH4（低浓度），3.5CH4（高浓度），外型尺寸235l8085mm，重量2.4kg。,图6-15FDZB-1型风电瓦斯闭锁装置原理框图,瓦斯传感器（3模拟量入）,风量开关量入,局扇开关量入,断电开关量输出,6.3.2KHJ-4型风电瓦斯闭锁装置近年来随着科学技术的发展，矿井的现代化管理水平不断提高。但在开采过程中由于矿井条件的不断变化，自然灾害仍时有发生，而且大部分都是由于瓦斯爆炸引起的，因此，提高技术装备的水平，防患于未然就显得非常重要。KHJ-4型风电瓦斯闭锁装置（下简称装置）根据矿用风电瓦斯闭锁装置通用技术条件的要求而设计，能可靠的实现风、电、瓦斯闭锁功能，是一种有效地杜绝掘进工作面和回风巷道瓦斯爆炸事故的先进、实用、安全、可靠的智能型多功能通风、瓦斯及动力设备的监控仪器。,图6-16KHJ-4型风电瓦斯闭锁装置组成,1）主要结构和组成以8031单片机为核心，对信号进行采集和处理。（1）当接收到瓦斯信号时，判断信号是否超过报警值和断电值，并将数据存入内存和显示其数值，当需要断电时，则发出断电信号经远动开关控制有关设备（2）显示器可轮流显示所测的每路信号。（3）按键盘上的功能键可以设置瓦斯的报警和断电值，显示各路信号和瓦斯的曲线等。（4）当该装置接入监测系统时，所采集到的信号由装置处理后送入地面中心站。装置由1台主机、1台电源、3台瓦斯传感器、风量开关、设备开停及远动开关等组成,2）主要功能和技术指标（1）工作面或回风流中瓦斯浓度≥1.0时，工作面开关断电并闭锁；瓦斯浓度降至1.0下时复电。（2）串联风流中瓦斯浓度≥0.5时，串联通风区域开关断电并闭锁；瓦斯浓度降至0.5以下．方可复电（3）瓦斯浓度≥1.0（或0.5）时，传感器发出声光报警信号。（4）局扇正常运行时，若风筒中风速低于风速开关动作点预定值或局扇断电时，则供风区域总开关断电并闭锁。,（5）掘进工作面或回风流中瓦斯浓度≥3.0时，若局扇处于停止状态，则局扇开关被闭锁，不能起动。瓦斯传感器断线或发生严重故障时，则该传感器所监控的动力设备断电并闭锁。排除故障恢复工作后继续闭锁30s，才可进入正常工作状态。装置未送电、断电或因故障而失电时，回风巷道总开关、工作面开关及串联工作面开关断电并闭锁。（6）装置刚送电而未达到稳定输出的1分钟内，回风巷道总开关、工作面开关及串联工作面开关闭锁，不能起动主机输入容量8路，输出容量6路，在液晶显示器上可一次显示16个汉字和字符，可显示瓦斯浓度值及每路瓦斯24小时内的变化曲线。（7）瓦斯浓度测量范围为0.00～4.00CH4。通过键盘，可任意设置断电点和接入的传感器类型。,3）硬件电路（1）微处理器（2）键盘电路（3）显示电路（4）复位电路（5）采样电路（6）输入电路的隔离4）软件系统,6.4甲烷断电仪甲烷断电仪是一种当瓦斯超限时，及时切断工作面一切非本质安全型电器设备电源，从而有效避免瓦斯爆炸的瓦斯、电闭锁装置6.4.1甲烷断电仪概述组成主机、高低浓度甲烷传感器甲烷断电仪主要实现功能如下1）断电仪刚送电而未达到稳定输出的l分钟内，被控设备开关闭锁，不能起动。2）断电仪未送电，断电或因故障而失电时，被控设备开关闭锁，不能起动。,3）被监视区域风流中的甲烷浓度达到预置断电点时（设定在1.5％CH4）；被控设备开关闭锁，不能起动，待甲烷浓度降至预置复电点以下时（设定在1.0％CH4），才可复电。4）甲烷传感器监视区域内甲烷浓度达到预置断电点时（设定在1.0％CH4）传感器发出声光报警信号；甲烷浓度下降至预置报警点以下时，自动解除声光报警信号。5）甲烷传感器断线或发生严重故障时，则该传感器所监控的动力设备断电并闭锁。6）当甲烷浓度≥3.5％时，则传感器自动转换为高浓度元件工作；降至2.0％以下时自动转换为低浓度元件工作。,使用甲烷断电仪的注意事项（1）甲烷断电仪主机与甲烷传感器之间的连接必须使用专用阻燃电缆或光缆，甲烷断电仪之间的输入、输出信号必须是本质安全型信号。（2）甲烷断电仪在下井使用前必须在地面进行通电检查和功能试验。经确认各项功能正确无误，断电仪运行稳定正常后，方可下井安装、使用。（3）井下安装后，应严格检查接线是否有误，确认无误后方可通电运行。运行l一2天后即进行复查和调整。一般情况下，每隔一周就应进行一次检测，以保证断电仪测量准确、动作无误、功能正常。,（4）甲烷断电仪必须定期进行调试、校正，每月至少一次。每7天必须使用校准气样和空气样调校1次。每7天必须对甲烷超限断电功能进行测试。（5）必须每天检查甲烷断电仪及电缆是否正常，使用便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪与甲烷传感器进行对照，并将记录和检查结果报检测值班员；当两者读数误差大于允许误差时，先以读数较大者为依据，采取安全措施并必须在8小时内对2种设备调校完毕。（6）甲烷断电仪必须安设在顶板坚硬支护完好的地点，悬挂必须牢固安全，每班指定专人管理、维护（7）解锁开关必须使用专门的解锁钥匙，不可用其它工具强行操作。,（8）断电仪的防爆面要特别注意保养。因拆除重新装配时，要注意防爆面的清洁。（9）经常清洗断电仪上的灰尘，特别是传感器的粉末冶金罩和防风防护罩。清洗时要注意保护催化元件,图6-17甲烷断电仪产品例图,6.4.2DSJ-1型双路甲烷断电仪1）仪器功能（1）可以监测两路或四路CH4、CO、风速、温度、压力等模拟量环境参数。（2）可以监测两路风门开关、设备开停状态、馈电状态等开关量参数。（3）可与KJ65监控系统连接，执行系统的各种控制命令，并将本仪器的各种监测数据及工作状态实时传送给监控系统；本仪器还可独立工作，实现就地光报警和两路闭锁控制。（4）具有死机自动复位功能，掉电时初始化数据不丢失。,（5）仪器的各种初始参数均由红外遥控器设置。（6）当配备后备电源时，电网停电后，后备电源自动投入工作，工作时间大于2小时。2）技术指标（1）断电仪容量两路或四路模拟量输入，两路开关量输入，两路闭锁控制输出。（2）输入信号模拟量输入甲烷、一氧化碳、风速、负压和开关量输入。出厂设定为两路甲烷和两路开关量。（3）跟踪误差0～3CH4误差1；0～100CH4误差2,（4）闭锁控制触点容量AC220V/7.5A（5）检测距离（采用41mm，线路阻抗为36欧姆时）恒流源传感器与本仪器之间≤1000m；恒压源传感器与本仪器之间≤2000m。（6）通讯距离本仪器与KJ65监控系统之间≤20Km（7）工作电源交流输入36V、220V、380V、660V；直流输出两路本安电源18V、≤310mA；后备电源供电时间≥2小时（选装）。3）硬件电路及原理DSJ-1型双路断电仪主要由本安电源电路，检测控制电路，通讯电路和显示电路和抗干扰看门狗电路组成,（1）本安电源电路（2）检测控制电路（3）通讯电路设计（4）显示电路（5）抗干扰“看门狗”电路,图6-18DSJ-1型双路甲烷超限断电仪原理框图,图6-19DSJ-1型双路甲烷超限断电仪电源电路,4）工作方式由于本断电仪控制电路采用微机控制技术，集检测、控制、通讯为一体。智能化设计使该产品具有多种工作方式。（1）作为普通双路甲烷超限断电仪使用，当任意一台甲烷传感器检测的甲烷含量超过设定值，仪器实行断电控制。（2）甲烷传感器1与继电器K1，甲烷传感器2与继电器K2构成两台单路断电仪的功能。（3）设定为风电瓦斯闭锁工作状态，此时1，2甲烷传感器检测瓦斯含量，开关量传感器监测风机的工作状态，实现风电瓦斯闭锁控制。三种工作方式均可与地面监测系统计算机通讯。,复习思考作业1.简述磁力起动器主要技术性能2.简述隔爆型馈电开关的作用3.简述隔爆型馈电开关的核心部件是什么，及其作用4.什么是“三专二闭锁”试述煤矿安全规程中对闭锁的具体要求。5.甲烷断电仪主要实现的功能是什么,