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關鍵詞：礦山井下供電系統煤礦安全規程

1.礦上供電的基本要求

礦山企業在國民經濟建設中起著重要作用，是電能的重要用戶。隨著生產的迅速發展，自動化水平不斷提高，對供電的要求也就更加嚴格。特別是煤礦井下作業，工作面不斷移動，生產環境非常復雜，因此對供電的要求更高。對供電的基本要求主要有以下幾個方面：

1.1供電可靠

礦山企業供電中斷，不僅會造成減產，而且有可能引起人身事故，甚至可能毀壞礦井。因此，礦山企業對供電的最重要要求是供電可靠和不間斷，即使在電力系統發生故障的情況下，也必須保證不間斷供電，至少也得供應一部分電能以保證人身安全和設備部收損壞。

1.2供電安全

由于煤礦井下瓦斯和煤塵爆炸的危險，所以在使用電氣設備時必須特別注意其防爆性。另外，井下潮濕，工作空間小，光線差，易發生人身觸電事故，必須采取一系列的安全技術措施，以確保對煤礦企業供電的安全性。

1.3供電質量

在供電質量上煤礦企業要求供電電壓穩定和交流頻率的穩定。煤礦中廣泛使用三相異步電動機，這種電動機的轉矩與外加電壓的平方成正比；轉速與交流頻率成正比。若供電電壓和頻率發生較大變化，就會嚴重影響電動機的正常運轉，甚至會使生產機械不能工作。

1.4供電經濟

一般考慮下列三個方面：第一，盡量降低礦山變電所一點往的基本建設投資。第二，盡量降低設備材料即有色金屬的消耗量。第三，注意降低供電系統中的電能損耗反維護費用。

2.礦山供電的電壓等級

所有電器設備都是按一定的標準電壓設計制造的，這個標準電壓稱為電器設備的額定電壓。電力線路的額定電壓等于其連接的用電設備的額定電壓。發電機的額定電壓是指額定負荷下的輸出端電壓，比同級用電設備額定電壓高出5%。以補償電網電壓損失。礦區供電的電壓，一般采用35kv、110kv。礦井地面和井下高壓供電電壓目前一般采用6kv，條件允許時，亦可采用10kv。

供電電壓等級是礦山供電的只要問題之一，這是因為供電線路的電壓等級與輸送功率，供電距離有密切的聯系。

我國礦山地面的低壓動力照明電網（380/220V系統）采用中性點直接接地的方式，并且將中性點引出，可同時供給380V和220V兩種電壓。此時，中性點接地并不是為了防止電弧接地，預防高壓竄入低壓系統增加人身觸電的危險性。

我國《煤礦安全規程》規定，除向架線式電機車供電的整流變壓器外，箱井下供電的變壓器中性點禁止接地。向井下供電的電網，不準采用中性點接地方式運行的主要原因是為了保證井和人身安全。因為煤礦井下空間狹窄、黑暗、潮濕，并有煤塵、瓦斯，如使用中性點接地系統，當人體觸及一相導體。便接觸到相電壓，有致命危險。另外，在中性點接地系統中如出現接地故障。可能會外漏電火花，有點燃礦井內瓦斯的危險。

礦井的用電電源。一般來源于電力系統的區域變電站活發電站，電能送到礦山后在變、配給礦山的用戶，組成礦山的供電系統。

礦山受電電壓為6~110KV，礦山類型及所在地區的電力系統的電壓而定，一般為35~110KV的雙電源受電，經總降壓站以高壓車間，井下變電所及高壓用電設備等配電，組成低壓供電系統。

3.礦山供電系統的接線方式

按網絡接線布置方式分為放射式、干線式、環式等接線系統。按接線運行方式分為開式和閉式系統。按對負荷供電可靠性的要求可分為無備用和有備用接線系統。有備用接線系統中，其中一回路發生故障時，其余回路保證全部供電的稱為完全備用系統；如果只能保證對重要用戶供電的，則稱為不完全備用系統。備用系統的投入式分為手動投入、自動投入和經常投入等幾種。

3.1無備用系統接線

無備用系統接線簡單，運行方便，易于發現故障；缺點是供電可靠性差。所以這種接線主要對于三級負荷和一部分次變的二級負荷供電。

放射式接線的主要優點是供電線路獨立，線路故障互不影響，易于實現自動化，停電機會少，繼電保護簡單且易于整定，保護動作時間短，缺點是電源出現回路較多，設備和投資業多。

干線式接線的主要優點是線路總長度較短，造價較低，可節約有色金屬；由于最大負荷一般不同時出現，系統中的電壓波動和電能損失較小；電源出線回路少，節省設備。缺點是前段線路公用，增多了故障停電的可能性。

3.2雙回路放射式

雙回路供電這種供電方式，線路總長度長，電源出線回路數和使用開關設備多，投資大，如果負荷不大，常會造成有色金屬的浪費。優點是當雙回路同時工作時，可減少線路上的功率損失和電壓損失。這種接線適用于負荷大或單獨供電的重要用戶。對容量大，而且特別重要的用戶，可采母線用斷路器分段接線，從而可以實現自動切換，以提高供電的可靠性。

3.3環式

環式接線系統所用設備少，各線路途經不同，不易同時發生故障，故可靠性較高且運行靈活。因負荷由兩條線路負擔，故負荷波動時電壓比較穩定。缺點是故障時供電線路較長，電壓損失大。線路的導線截面應按故障情況下能負擔環網全部負荷考慮，所以有色金屬消耗量增大，兩個負荷大小相差越懸殊，其消耗就越大。故這種系統適于負荷容量相差不大，所處地點離電源都較遠，而彼此又較近的情況。平常可以開環運行，也可以閉環運行。但閉環運行繼電保護較復雜，因此一般采用開環運行方式。

4．礦井供電系統

大、中型礦井的供電電源取自110kV或35~60kV的電力網經兩回架空線路迭到礦井總降壓站。比如一次電壓為35~60kV兩臺變壓器的內橋式接線的典型變電所主接線，其斷路器外側設兩組隔離開關組成跨橋，上面接有35~60/0.4kV的所用變壓器，工變電所直流操作電源等用。

在一次側進行計量的變電所，進線和母線應設有準確等級負荷要求的電流互感器（CT）和電壓互感器（PT）。

為了防止雷電波的侵襲，母線和架空進線處接避雷器，主變壓器二次6KV側多采用單母線分段，用成套配電裝置配電。礦井一、二級負荷如通風機、主副井提升機等有接在不同母線上的雙電源回路供電，以保證可靠。

總之，對礦井供電要求要嚴格，更具不同的礦井進行嚴密而謹慎的設計，保證礦山供電的安全。

參考文獻：

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隨著煤礦生產水平的提高，電力就成了主要生產能源。合理供電、安全生產、經濟運行，已成為煤礦高產高效的重要課題。

1 礦山企業供電的重要性及基本要求

電力是礦山生產的主要能源。對礦山進行可靠、安全、經濟的供電，對提高經濟效益及保證安全生產等方面都有十分重要的意義。因此.礦山企業對供電提出以下基本要求：

1.1 供電可靠

供電可靠就是要求供電不間斷。在礦山企業中，各種電力負荷對供電可靠性的要求是不同的。

1.1.1 一類負荷

凡因突然中斷供電.可能造成人身傷亡事故或重大設備損壞.給國民經濟造成重大損失的或在政治上產生不良影響的負荷.均屬一類負荷 如礦井的主通風設備一旦停電.可能導致瓦斯爆炸及井下人身傷亡等重大事故 一類負荷中影響人身與設備安全的負荷又叫保安負荷 對一類負荷應由兩個獨立電源供電：對有特殊要求的一類負荷，兩個獨立電源應來自不同地點.以保證供電的絕對可靠。

1.1.2 二類負荷

凡因突然停電.造成大量減產或生產大量廢品的負荷。如礦井集中提煤設備、空壓機及采區變電所等。

1.1.3 三類負荷

三類負荷是指除一類、二類負荷外的其他負荷，如礦山企業的附屬車場。對三類負荷供電一般采用單回路供電方式，不考慮備用電源，根據需要各負荷還可用一條輸電線路 對電力負荷分類的目的是為了便于合理地供電。在供電系統運行，確保一類負荷的供電不間斷；保證二類負荷的用電：而對三類負荷則更多地考慮供電的經濟性。

1.2 供電安全

供電安全就是在電能的分配、供應和使用過程中，不應發生人身觸電事故和設備事故，也不致引起電火災和爆炸事故。尤其是礦井井下，工作環境特殊，特別容易發生上述事故。因此，必須嚴格按照《煤礦安全規程》的有關規定執行.確保安全供電。煤礦安全供電的三大任務是防爆、防火、防觸電。

1.3 供電質量

用電設備在額定參數下運行時勝能最好。因此，要向用戶供應質量合格的電能.其電壓和頻率必須穩定。對于額定頻率為50Hz的交流電.其頻率偏差不允許超過一50～+50Hz。供電頻率由發電廠保證，用電企業無法改變。

1.4 供電經濟

供電的經濟性一般考慮三個方面：盡量降低企業變電所與電網的基本建設投資：盡可能降低設備、材料及有色金屬的消耗量；盡量降低供電系統的電能損耗及維護費用。

2 控制煤礦供電事故的對策

2.1 構建合理的電網結構

合理的電網結構是電網安全穩定運行的基礎。對煤礦而言.不但要求電網精干、高效而且電源要求可靠.設計采用雙電源、雙回路供電是提高可靠性、減少供電事故發生的最有效的措施之一。

為此應做到以下幾點：礦井應有兩路獨立電源線路，當任何一回路發生故障時，另一回路應能擔負礦井全部負荷。礦井的兩回路電源線路上都不得分接任何負荷：對于井下各水平中央變電所、帶掘進工作面局部扇風機的采區變電所。帶主排水泵房和下山開采的采區泵房供電線路不少于兩回路；對主要通風機、提人絞車、瓦斯抽放泵等重要一類設備必須有專用雙回路。其輔助設備及控制回路與主設備有同等可靠的雙電源；及時調整采區供電系統，對系統進行簡化優化。減少過渡環節和冗余線路.杜絕迂回供電線路；適當增大線路截面，打通系統瓶頸、阻滯環節。提高供電能力；變電所和配電點的設置應遵循靠近負荷中心設計原則.壓縮無人職守變電所的數量.盡可能縮小電網調度操作半徑。

2.2 確定合理的電網運行方式

建立合理的網絡結構后.正確統一安排系統運行方式非常重要。其原則是：一要可靠。二要經濟。可靠是前提，經濟是目的。要注意以下幾點：對放射式雙回路要求采用分列運行方式，對環網供電則要求采用開環運行方式。防止系統事故時影響兩路電源，造成事故范圍擴大化；要強化對運行方式的調度管理，變電所母線聯絡開關的分合閘狀態，要始終處于調度監控之中。大型設備應經過網絡解算，以減少損耗。實現經濟運行：對于環形網絡應考慮系統最大負荷要求，是否利于繼電保護設置和滿足整定要求，是否便于調度管理。

3 增加投入提高電網裝備水平

井下采掘工作面的電氣設備隨采掘設備的更新也在逐步更新.但有相當一部分礦井井下電氣設備非常落后，甚至不符合現行《煤礦安全規程》要求。高隱患非安全型或是高耗能型應淘汰的設備，掛網運行后將直接影響供電系統安全可靠和經濟運行。因此必須下大力氣加大投入，更新改造或淘汰此類設備。

4 加強影響電網可靠性的災害防治

加強對風、雨、雪、雷電、洪水、地震等災害的預報，做好防范措施，特別要提高供電系統抗雷擊和內外過電壓能力：電容電流對礦井電網危害較大，礦井定期測試電容電流，及時采取限制措施，進行補償；定期檢測礦井電網諧波.嚴格控制諧波源設備入網.網絡諧波超標時及時進行消諧處理.確保系統安全：針對煤礦井下的特殊環境和地面人文環境.采取對應措施和管理辦法.加強和地方用電管理部門的溝通.協調處理矛盾.及時消除安全隱患

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科學家們已成功研制出了多種漏電保護器如電壓型漏電保護器和電流型漏電保護器。由于這些保護器能有效地預防人身觸電事故的發生，所以在生活中這些漏電保護裝置隨處可見。關于漏電保護裝置的工作原理，說起來也十分簡單，就是漏電保護裝置在機電設備的漏電檢測電流大于設定值或人畜觸電時可以做出快速的反應，將電流切斷，徹底避免或減緩事故的擴大化。從而保障了人身及設備的安全。相比而言，在情況復雜的礦井下，供電系統及機電設備更是容易發生類似的漏電事故，所以，必須要采取漏電保護技術來保證礦井工作的安全進行。

1.井下低壓電網發生漏電的危害

煤礦井下低壓電網大部分在采區，環境惡劣，工作人員和生產機械比較集中，電網若發生漏電，將導致以下危險：

1.1引起人身觸電

當電氣設備因絕緣損壞而使外殼帶電時，工作人員接觸外殼就會導致人身觸電事故。這時入地電流的一部分將要從人體流過，會造成人員傷亡。工作人員觸及刺破橡套電纜外護套而暴露在空氣中的芯線是一種更為嚴重的人身觸電，此時入地電流大部分流經人體，因此對人員的危害性更大。

1.2引起瓦斯及煤塵爆炸

我國大部分煤礦都有瓦斯和煤塵爆炸的危險，當井下空氣中的瓦斯或煤塵達到爆炸濃度且能量達到0.28MJ的點火源時，就會發生瓦斯或煤塵爆炸。當電網發生單線接地或設備發生單相碰殼時，在接地點就會產生電火花，若此時電火花具有足夠的能量，就可能點燃瓦斯或煤塵。

1.3使雷管無準備引爆

漏電電流在其通過的路徑上會產生電位差，漏電電流的數值越大，所產生的電位差就越大，如果電雷管兩端引線不慎與漏電回路上具有一定電位差的兩點相接觸，就可能發生電雷管無準備爆炸的事故。

1.4燒損電氣設備，引起短路事故

長期存在漏電電流，尤其是兩相的過渡電阻因接地而產生的漏電電流，在通過設備絕緣損壞處時會散發出大量的熱，使絕緣進一步損壞，甚至使可燃性材料著火燃燒。長期存在的漏電電流及電火花使漏電處的絕緣加快損壞，破壞相間絕緣而造成短路，形成更大的故障，對礦井安全造成嚴重威脅。

1.5嚴重影響生產，一旦電網發生漏電，必須停電處理

漏電故障的處理時間很長，嚴重影響生產，降低煤炭企業的經濟效益；而且停電使局部通風機停轉，通風惡化，形成瓦斯積聚，又會威脅礦井安全。

2.漏電保護原理

2.1附加直流電源漏電保護

如果檢漏繼電器上歐姆表顯示電網各相對地的絕緣阻值都有較大的下躍，那么電網必定是發生漏電等故障。為了精確控制電網對地絕緣阻值的變化，可以在電網與地間通過一個的直流電流，如果電流的控制準確，那么電流的大小就能表征電網對地絕緣阻值的變化。這樣，通過簡單地檢測這條附加電流的變化就能有效地監測漏電。

2.2零序電流保護

在漏電故障發生后，故障處電網三相中每一相上都會產生一個電壓，即零序電壓。每一相上出現的零序電壓都是相等的，而且方向也相同。有零序電壓作用于絕緣電阻上必定會產生電流，及零序電流。由于變壓器中性點與地之間沒有零序電流通路，所以變壓器內部沒有零序電流通過，而零序電流只能在絕緣電阻和故障點之間，即M—N線路通過。由此可見，對于單一支路來講，在電源端裝設零序電流保護裝置，不能反映該線路的故障。對于多支路的單側電源輻射式電網中，如果有一個支路發生故障，那么各個分支路中都將有零序電流通過，這些分支上的零序電流匯集到故障處后就集中構成了通過故障處的電流。故障線路始端保護裝置通過的電流遠大于非故障線路始端保護裝置通過的電流，利用這種關系，構成了有選擇性的零序電流保護裝置。

2.3零序功率方向保護

根據零序電壓和零序電流可以做出以下針對性措施：首先，據零序電流、電壓值的變化來確定漏電的發生地點；其次，如漏電發生在供電系統內，則通過支路零序電流、電壓的關系來判斷故障發生所在的支路；最后由跳閘來實現選擇性保護的目的。

3.漏電保護技術在煤礦井下供電系統中應用

BJJ1-2-660/380x型選擇性檢漏繼電器是北京市紅星防爆電器廠研發制作的高性能防爆繼電器，適用于含有爆炸性危險氣體（甲烷空氣混合物及煤塵）的礦井硐室中，可作為交流660/380V中性點不接地供電系統中有選擇性檢測漏電保護裝置。該裝置的主要功能：在交流660/380V中性點不接地供電系統中，利用零序方向原理實現4條支路的不對稱漏電的選擇性保護；利用附加電流原理，實現對稱漏電保護和不對稱漏電的后備保護：有電網不停電可進行試驗的功能；和高壓開關配合，可實現從變壓器到饋電開關區間漏電的所謂“5m保護”；可對電網進行絕緣監測；對漏電跳閘有信號顯示。該保護裝置包括兩組插件，一組安裝在低壓供電系統總檢漏繼電器中，另一組安裝在各支路饋電開關DW80里，對于12條支路以內的低壓供電系統可以做到選擇性漏電保護。這種產品運用于礦井下低壓電網時具有較高的準確性和可靠性，而且漏電時的反應速度很快，這樣肯定能減少因漏電帶來的損失和漏電事故影響。也可以防止向漏電線路強送電，從而增強了井下低壓供電的安全性和可靠性，可帶來十分明顯的經濟效益。從煤礦的長遠的發展來說，具有重要的現實意義。

煤礦井下低壓網路的漏電將造成外露火花，有點燃瓦斯和煤塵的危險，漏電還可能會造成人體觸電事故。因此，對井下低壓電網進行漏電保護，是一項重要的安全措施。它的主要作用有：第一，時常查看檢漏繼電器的歐姆表，密切注意其數值的變化情況，以此確定電網對地是否絕緣，根據電阻值來進行電網調整；第二，通過觀察發現電網對地絕緣阻值降至設定動作值或工作人員觸及一相帶電導體和電網一相接地時，漏電保護器會自動觸發，切斷電源以預防事故的擴大化；第三，如果危險已經發生，如人已觸及電網，那么，通過補償人體電容電流的方式來削減通過人體的觸電電流使觸電電流最低化，使得人員的安全性得到提升。另外，當電網一相接地時，也可以減少接地故障電流，防止瓦斯、煤塵爆炸。

4.結論

因此，要重視供電系統的管理工作，結合礦井的實際，加大對電氣設備維護和更新的投入，確保供電系統的正常工作。另外還應加強機電設備的基礎管理，建立健全各相管理制度，確保嚴格執行規章制度。最后還應注意的是礦井下工作人員的機電安全思想教育工作，切實從思想的高度上提升干部和員工的工作責任心，減少煤礦供電系統中漏電故障，確保井下安全供電。只有這樣，才能確保礦井沿著安全、和諧、健康的發展道路穩步前進。

【參考文獻】

[1]孟憲超，謝成.淺談漏電保護技術在煤礦井下供電系統中的應用[J].科技傳播，2011（10）.

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中圖分類號：TD853.1 文獻標識碼：A

提升機作為礦井建設的關鍵設備，擔負著礦井有益礦物、材料、人員和設備的運輸工作，對礦井的安全生產起著至關重要的作用。因此，提升機必須具備安全可靠的控制系統，提升機控制系統的技術性能不僅直接影響礦井生產的效率及安全，而且代表著礦井提升機發展的整體水平。同時，提升機的耗電一般占據了礦山總耗電量的30%-40%，因此，實現提升機運行過程中的節能降耗也成為中小功率提升機電控系統研究的重要內容。

目前，國內提升機的調速系統主要有串電阻調速、V-M直流調速系統、交-交變頻調速系統和交-直-交變頻調速系統。各個系統都有著自身的優缺點。

1 交流繞線式異步電機轉子回路串電阻調速系統

這種方案的電動機轉速調節是通過改變轉子回路串聯的附加電阻來實現的。調速時能耗很大，屬轉子功率消耗型調速方案。在加速階段和低速運行時，大部分能量(轉差能量)以熱能的形式消耗掉了，因此驅動系統的運行效率較低。這種調速方案是在低同步狀態下產生制動轉矩，需采用直流能耗制動方案(即動力制動)，或采用低頻制動。用這種方法調速時，由于電機的極對數與施加在其定子側的電壓頻率均不變，所以電機的同步轉速或理想空載轉速也不變，調速時機械特性隨著轉子回路電阻的增大而變軟，從而大大降低了電氣傳動的穩態調速精度。在實際應用中，由于串入電機轉子回路的附加電阻級數受限，無法實現平滑的調速。

綜上所述，這種調速方案存在著調速性能差，運行效率低、運行狀態的切換死區大及調速不平滑等缺點。從節能和安全考慮僅適用于小功率且控制要求不高的提升系統。但目前在我國的各種礦山中，這種方案使用得相當普遍，以后將面臨著技術改造的問題。

2 V-M直流調速技術

“晶閘管變流器-電動機”（簡稱V-M）直流調速技術為了實現四象限調速，常采用兩種電氣控制方案：一種是電樞可逆調速方案；另一種是磁場可逆調速方案。

在電樞可逆調速技術中，直流電機勵磁電流的大小和方向恒定，通過改變電機電樞供電電壓的方向來實現可逆調速。但由于晶閘管的單相導電性，常采用正、反兩組晶閘管整流裝置，來提供正反向電樞電壓。此種方法正、反轉切換速度快，動態響應好，但由于采用正、反兩組晶閘管整流裝置，隨著容量增大，造價也變得較高。

在磁場可逆調速系統中，電機電樞電壓不變，通過改變勵磁電流if的方向實現可逆調速。所以電機電樞用一組整流裝置供電，而勵磁側采用正、反兩組晶閘管整流裝置交替工作來改變勵磁電流if的方向，從而使磁通方向改變，達到可逆調速。雖然此種方法也需要兩組整流裝置，但由于勵磁功率通常較小，故造價比上種方法低。由于電機勵磁回路電感量較大，勵磁電流的反向過程較長，所以快速性能不高，只適應于正、反轉不太頻繁的大容量可逆傳動系統中。

當采用V-M直流調速系統時，要根據現場情況選取控制方案。這種調速方案運行效率高（可達0.95左右），調速性能好，但由于其整流側采用的是晶閘管相控整流，所以功率因數低，諧波電流大，對電網污染嚴重。

3 交-交變頻調速技術

交-交變頻調速技術是在上世紀70年代被提出，在80年代開始應用到礦井提升機調速系統中。交-交變頻是在輸入的交流電上通過斬波或相控方式將其變換為另一種交流電，所以也稱為直接變化法。首先出現的是西門子交-交變頻同步機調速系統，之后又出現日本的交-交變頻籠型異步機調速系統，隨著電力電子新技術的不斷發展已經實現全數字化控制。

交-交變頻器由三組可逆橋式整流器組成，其控制方式可以是常規方式，也可以是矢量控制方式。通過控制可以使變頻器輸出為頻率和幅值都可變的三相交流電壓，從而實現變頻調速，主電路下圖所示：

交-交變頻調速技術系統框圖

交-交變頻調速系技術具有良好的控制性能，效率高，調速性能好，特別適用于低速大功率礦井提升系統。但該調速系統也存在功率因數低、諧波大，對電網污染嚴重，通常在使用時要另外安裝功率補償裝置和諧波吸收裝置，增加了投資費用。

4 交-直-交變頻調速技術

隨著電力電子技術、計算機控制技術和大規模集成電路的發展，特別是交流傳動技術的發展如矢量控制技術和直接轉矩控制技術的出現，變頻調速技術也隨之發生了很大的進步，形成了和直流調速技術同樣優良的交流調速技術。交流調速技術可以分為：交-交變頻調速技術和交-直-交變頻調速技術。

與交-交變頻相比，交-直-交變頻先把交流電整流為直流電，之后再把直流電逆變為交流電，在能量變換過程中存在直流環節，所以也被稱為間接變化法，結構圖見上圖。從圖中可以看到，交-直-交變頻在整流和逆變側均采用全控型器件，效率高、諧波量小，同時采用PWM控制方式可使功率因數接近為1，電流波形為正弦波，在控制性能上比交-交變頻具有絕對優勢。由于受到全控型器件耐壓、耐流的問題，現多應用于中小功率場合，隨著新一代全控型器件（IGCT）的發展，雙PWM交-直-交變頻調速系統已經進入到大功率場合。

結論

變頻器的調速控制可以實現提升機的恒加速或恒減速控制，消除了傳統的串電阻調速造成的消耗，具有很明顯的節能效果，交-直-交變頻調速系統具有調速精度高、四象限運行、工作頻率低、功率因數高，動態響應快等一系列優點，同時，該套系統有準確的定位和制動功能，可靠性好，使得其在礦山行業得到了應用。由于國內在該方面的起步比較晚，隨然發展迅速，但是還沒有形成完善可靠的產品，因此，對該項技術的研究具有良好的實際意義。

參考文獻

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中圖分類號：TP11 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）23-0250-01

一、當前國內提升機的現狀

礦井提升機是礦山最重要的設備，肩負著礦石、物料、人員等的運輸責任。傳統的礦井提升機控制系統主要采用繼電器-接觸器進行控制，這類提升機通常在電動機轉子回路中串接附加電阻進行啟動和調速。這種控制系統存在可靠性差、操作復雜、故障率高、電能浪費大、效率低等缺點。因此對礦井提升機控制系統進行研究具有現實意義，也是國內相關行業專家學者的一個研究課題。在國外科學技術突飛猛進發展的時候，由于的影響，我國沒有掌握世界上的技術發展動向，國內有些很有作為的技術人員花許多精力在研究金屬水冷電阻之類的技術上，以至國內這段時間在提升機電控技術方面沒有多少進展，我國提升機電控系統很長時間都處于落后的狀況。改革開放以來，由于某些工程的急需，我國曾以很昂貴的價格從國外引進一些提升機電控設備，這些引進的提升機電控設備，有的是晶閘管數字直流調速系統，有的是交一交變頻的現代交流調速系統。但使用這些國外先進技術的礦井提升機電控系統畢競是少數，直到目前為止，我國正在服務的礦井提升機電控系統大多數還是轉子回路串金屬電阻的交流調速系統，只有少數是電動機一發電機或晶閘管直流調速系統。即使后者就其控制技術而言，也依然是陳舊的，和國外相比，我們存在很大的差距。

近年來交流變頻調速技術迅速發展起來，調速方式的不斷進步使得運用于提升機系統的交流調速技術不僅僅局限于傳統的轉子串電阻方式，變頻調速技術也越來越多地在提升機控制系統中廣泛應用，充分發揮出交流調速的優勢。

二、提升機在礦井中的應用及原理

礦井提升機是礦井井下和地面的工作機械，是一種大型絞車。用鋼絲繩帶動容器（罐籠或箕斗）在井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務。礦井提升機是由原始的提水工具逐步發展演變而來。現代的礦井提升機提升量大，速度高，已發展成為電子計算機控制的全自動重型礦山機械。

礦井提升機主要由電動機、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統、深度指示系統、測速限速系統和操縱系統等組成，采用交流或直流電機驅動。按提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機和摩擦式礦井提升機。纏繞式礦井提升機有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個容器。雙筒的每個卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個容器，運轉時一個容器上升，另一個容器下降。纏繞式礦井提升機大多用于年產量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機根據布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機（機房設在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提升機（機房直接設在地面上）兩種。按提升繩的數量又分為單繩摩擦式礦井提升機和多繩摩擦式礦井提升機。后者的優點是：可采用較細的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年產120萬噸以上、井深小于2100米的豎井大多采用這種提升機。

三、當前礦井提升機電控系統的分類

傳統的礦井提升機的電控系統主要有以下幾種方案：轉子回路串電阻 的交流調速系統、直流發電機與直流電動機組成的 G-M 直流調速系統和 晶閘管整流裝置供電的 V-M 直流調速系統等。 礦井提升機電控系統分為礦井提升機直流電控系統和礦井提升機交流 電控系統。交流提升機電控系統的類型很多，目前國產用于單繩交流提升機的電控系統主要有 TKD-A 系列、TKDG 系列、JTKD-PC 系列，用于多繩交 流提升機的電控系統主要有：JKMK/J-A 系列、JKMK/J-NT 系列、JKMK/J-PC 系列等。單繩提升機電控系統又分為繼電器控制和 PLC 控制。 提升機交流電控系統主要由高壓開關柜 〔空氣或真空〕 高壓換向柜 、 〔空 氣或真空〕 、轉子電磁控制站、制動電源、操縱臺、液壓站、油與制動 液泵站、啟動電阻運行故障診斷與報警裝置等電氣設備組成。主要完成礦 井提升機的啟動、制動、變速及各種保護。

四、PLC 控制提升機交流電控系統組成、功能、原理

1、PLC 控制提升機交流電控系統的構造

PLC 控制提升機交流電控系統由可編程序控制器、輸入輸出轉換繼電 器、KT-DLZD 可調閘動力制動電路模塊、TSZX-01 型提升機綜合顯示控制儀 電路、YTX-1 語言報警通信電路、CL-1 電流檢測模塊、電氣保護電路、加 速接觸器柜組成。

2、PLC 控制提升機交流電控系統的原理

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關鍵詞：袁店二井煤礦35KV變電所 供電可靠性 事故預防

中圖分類號：X752 文獻標識碼：A 文章編號：

1、主變電所設計

1、1 主變電所負荷

（1）礦井經無功補償后折算至35kV側母線的計算負荷：

有功功率：11385 kW

無功功率：4385 kVar

視在功率：12200 kVA

功率因數：0.933

（2）全年電耗指標。

礦井年耗電量約4700萬kW·h/a，噸煤電耗為41kW·h/t（不含選煤廠）。

1.2 主變壓器選擇

主變壓器選用2臺SZ9-12500/35 型35/6kV、12500kVA有載調壓變壓器，正常時二臺主變同時工作，分列運行，負荷率為47.5%，事故保證系數為100%，采用有載調壓的調壓方式。

1.3 電氣主接線及主要電氣設備

變電所35kV系統采用單母線分段的主接線方式，安裝KYN37-40.5戶內型真空開關柜10臺。6kV主接線亦采用單母線分段，正常情況下6kV母線分列運行。所內安裝KYN28-10型真空開關柜38臺。

變電所內的動力、照明及直流屏的充電、浮充電等所用的交流電源，取自所內設置的50kVA所用變柜和6/0.4kV變電所低壓回路。控制信號、繼電保護以及事故照明等電源取自容量為100Ah的蓄電池直流屏。

變電所設6kV無功功率動態補償裝置兩套，對高壓無功進行集中補償，兩套裝置共補償無功功率4500 kVar。

采用微機綜合自動化系統對變動所進行監控和保護。系統可實現的監控功能主要有：主變及回路的負荷、溫度、電流、電壓及各開關狀態監視；各斷路器的遠動及就地操作；屏幕顯示主接線系統圖，各開關狀態及動態實時數據；微機保護信號采集，包括保護動作信息、事件順序記錄；系統事故記錄，包括開關狀態變位記錄、事件順序記錄；提供各種數據計算、分析功能。可實現的保護功能主要有：主變縱聯差動、過電流、過負荷、瓦斯及溫度保護；35kV進線保護；35kV及6kV的母線分段斷路器電流速斷及過電流保護；35kV及6kV PT的系統接地、PT斷線保護；6kV饋線電流速斷、過電流、過負荷及單相接地保護。

焦樓變電所35kV母線最大運行下短路容量為797.6MVA，最小運行方式下408.0 MVA。經濟算礦井35kV母線最大運行下短路容量為156.2MVA，最小運行方式下133.1MVA；6kV母線最大運行下短路容量為78.1MVA、7.2kA，最小方式72.0MVA、6.6kA。

35kV變電所6kV出線最小交聯聚乙烯電力電纜截面為35mm2，出線電流互感器最小變比為50/5。

1.4 接地方式和接地網設置

35kV進線及母線均設避雷器，防止過電壓對系統的影響。6kV母線設避雷器，饋出柜安裝過電壓保護器，防止雷電及操作過電壓。

經計算本礦達產時的6kV單相最大接地電容電流值可達到19.5A。35kV變電所內設計安裝二套消弧消諧裝置，以抑制單相弧光接地產生的事故，防止弧光接地過壓及諧振過壓對設備絕緣的破壞。

變電所屋頂設避雷帶，以保護變電所及其電氣設備不受直接雷影響。

2防止礦井突然停電措施

2.1礦井電源線路設有兩回路，分別取自焦樓變電所35kV不同段母線。兩回電源線路，路徑分開，一回路運行可保證本礦全部負荷。

2.2計算機系統對備用的電源線路長期監控以確保備用回路為完好狀態。

2.3變電所設二臺主變，正常情況下二臺主變同時工作，事故狀態下一臺主變可擔負全礦井負荷。

2.4礦井所有一、二級負荷高低壓供電均為雙電源供電，引自兩段母線上，每一路電源負荷保證率均為100%。

3地面變電所事故及防治措施

3.1可能發生的事故

洪澇災害或雨雪的侵入可使電器設備受潮而影響絕緣水平及使用壽命，并可能危及人身安全。大氣過電壓更會使設備毀壞產生故障、引起火災。假如有小動物進入了電器設備里會引起短路事故，造成停電，影響生產和井下工作人員的安全。當電器設備或電纜線路等發生事故時，由于繼電保護未及時動作切斷故障回路，將會引起電氣事故的擴大，影響生產并危及人身安全。另外，由于主、副井提升機的變流設備以及其它非線性設備的投入運行，將會在礦井6kV電網上產生高次諧波影響并破壞電氣設備（電動機、變壓器、并聯電容器、計算機、繼電器、通信設備）的正常工作，減少設備的服務壽命。當礦井6kV電網上的電容電流超過規程允許值時，也會影響礦井的安全生產。

3.2防治措施

3.2.1變電所選址時，既考慮了進出線方便及供電負荷距等因素，又照顧到了防止洪澇的形成及排水的便利，變電所標高位于百年一遇的洪水位之上，建筑物室內地面高出屋外地面0.3m。變電所位置選擇工業場地南側，該位置無安全隱患，并且高壓進出線方便。

3.2.235kV及6kV配電裝置均選用金屬鎧裝移開式封閉開關柜，其分斷能力大于系統短路電流，并具備“五防”功能，配置的真空斷路器無可燃物質。進入6kV配電裝置室的母線采用全封閉的母線橋，使人和小動物均不可能接觸帶電部分。

3.2.3電力變壓器室：主變壓器設有差動、過流、過負荷以及瓦斯、溫度保護。每臺變壓器下部均設有鵝卵石層及可以儲存100%變壓器油的儲油池，保證在發生任何漏油事故時將油迅速冷卻并存在油池中。

3.2.435/6kV變電所電纜溝中一、二級負荷電纜均分設于不同的電纜側的電纜支架上，并且選用阻燃型電纜。電纜進出口均采取了防火封堵措施。

3.2.5變電所內設有技術先進的微機繼電保護、控制、信號、監控裝置，35kV及6kV各饋出回路均安裝了各種保護，當發生任何故障如短路、過電流等容易導致電弧的事故均可及時切除，其中短路故障切除時間小于0.2s，并發出警報，同時傳送至礦井總調度室。所有的保護設備動作靈敏度均達到規程要求。

3.2.6變電所建筑包括門、窗等均采用不燃性材料，其中各配電裝置室、主控室等均設有兩個向外開的門。

3.2.7變電所建筑設有防直擊雷、雷電波侵入、雷電感應的保護及接地裝置。35kV及6kV母線上均設有避雷器，各饋出線均設有防止操作過電壓的設備。在變電所的工業場地及建筑物的各層地板內敷設了接地網與均壓帶，所有的電器設備及金屬件均與接地網多處相連，以減除漏電事故對人體造成的危害。

3.2.86kV采用小電流接地系統，在變電所所有6kV饋線回路均裝設選擇性的單相接地故障檢測裝置，當6kV饋線回路發生單相接地故障時，則相應的保護裝置動作于跳閘或信號。

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【文章摘要】

煤炭是我國的主要能源，在開采的過程中，煤炭的安全生產最為重要，隨著我國現代化的不斷發展，對煤炭的安全生產提出了“從零開始， 向零奮斗”的口號。一直以來，困擾煤礦安全問題的因素之一就是電磁信號對井下儀器儀表設備的干擾，進而影響井下儀器儀表的正常工作。因此，國家不斷加強對礦井儀器儀表安全性的技術改造，并取得了顯著的技術成果和經濟效益，為了進一步提高煤礦儀器儀表的安全性建設，本文將探討井下電磁干擾的原因，進而闡述提高井下儀器儀表的抗干擾度的具體方法。

【關鍵詞】

電磁信號；儀器儀表；抗干擾度

1 煤礦井下電磁干擾產生的原因

煤碳生產屬于高危行業之一。由于煤礦地理環境復雜，井下作業環境惡劣，存在諸多安全隱患，很容易發生事故。過去采煤的方式一直是炮采，現在我國大中型礦井多采用綜采，而綜采機的使用功率非常大，尤其在綜采機的啟動時，需要很大的電功率，煤礦供電網絡電壓因此產生波動；同時，井下絞車、大型水泵等設備需要進行軟啟，軟啟的使用會在礦井供電網絡產生脈沖電壓，最終這些電磁信號會干擾礦井儀器儀表的正常工作，甚至導致事故的發生。即對井下智能儀器儀表產生電磁干擾的主要原因是煤礦大功率設備的啟動和關停所造成電網電壓的波動，以及軟啟的使用，會使礦井設備內部的感性、容性器件產生充、放電，進而產生巨大的峰值脈沖，進而對礦井儀器儀表造成讀數誤差等的影響。現如今，井下智能設備使用日益頻繁，電磁污染已經成為了影響煤礦實現自動化生產的巨大阻礙。

2 煤礦井下電磁干擾產生的危害

首先，電磁干擾會產生電壓波動，這種電壓的波動會持續數個周期，井下變壓器、絞車、大型水泵的使用等都會造成礦井電網電壓的波動。煤礦電網電壓的波動會導致井下儀器儀表測量產生誤差，動作裝置產生誤動作甚至卡死等現象。電壓下降是一種經常遇到的問題。其次，電磁干擾會產生突波，突波會使電網電壓突然升高，并且會持續幾個周期，例如，當井下的大型用電設備突然停止運轉時，輸電網絡中的電壓就會突然增高，形成突波，突波的形成會造成井下儀器儀表的記錄數據出現亂碼，甚至損壞井下儀器儀表。據統計，井下一半以上儀器儀表故障都是由于受到了突波的干擾；同時，電磁干擾會產生尖波，尖波的形成則主要是因為井下大型用電設備開關以及電弧放電所造成。尖波的電壓平均為5kv，持續數0.3-4ms，尖波的危害很大，尖波不僅能夠對井下儀器儀表造成干擾，而且能夠破壞用電設備的輸入濾波器；再者，電磁干擾會造成波形失真，礦用電壓波形失真的主要原因是整流器、電子調速裝備等的使用所造成的， 同時，二次電源本身也會造成波形的失真，礦用網絡波形的失真不僅會造成井下高、低爆開關的誤動作，同時會造成儀器儀表，例如瓦斯測量儀、一氧化碳測量儀等儀器的讀數出現錯誤，并且，波形失真會干擾井下通信系統，影響中控室對井下人員命令的傳達。最后，電磁干擾會產生接觸網干擾，接觸網干擾是指井下的巖層中產生的持續不斷的脈沖群，接觸網干擾產生的原因是井下運料的鋼軌車在來回運送物料的時候鋼輪與鋼軌進行摩擦，產生無序的電流，這些電流在巖層中隨機流散，進而對井下的儀器儀表產生脈沖干擾，導致井下儀器儀表讀數不準確，嚴重時會造成儀器儀表的死機。

3 煤礦井下電磁干擾的解決方法

要解決電磁干擾就必須從三個因素入手: 首先，需要降低干擾度；再者，我們需要切斷干擾源的傳播；最后，我們可以想方設法去提高井下儀器儀表的抗干擾能力；由于井下環境復雜，同時一些電磁干擾源短期內無法根除，例如綜采機產生的電磁干擾，因此本文從提高儀器儀表的抗電磁干擾度入手，進而提高井下儀器儀表的抗電磁干擾能力。根據以上電磁干擾的分析，提出以下四點解決方案。

3.1 加裝電源濾波器

儀器儀表通過安裝電源濾波器能夠消除煤礦用電網絡中產生的尖波和諧波。這種濾波器的是由線圈、電容等器件構成，亦可以說電源濾波器是由兩個相互獨立的低通濾波器所構成，這兩個低通濾波器一個起著使共模干擾衰減的作用，一個起著使差模干擾衰減的作用，電源濾波器的特點是使儀器儀表避免差模和工模信號的干擾，最終保護井下儀器儀表的正常運轉。為了能夠保證電源濾波器起到良好的濾波效果，在安裝的時候，需要將濾波器進行接地，

同時要保證接地的面積的大小，接地面積一般需和濾波器的外殼相等。濾波器的進線與出線要遠離、不能交叉且要貼近金屬隔板固定，交流與直流要分開；濾波器的出線到直流、交流轉換模塊輸入端的連線要短并絞織，絞距不大于2cm，多余的要剪掉；濾波器地線要用導線引出至接地線端子，不能用外殼作接地引線；電源板和處理器采集板要分開布置，中間用金屬板隔開，金屬板要與濾波器外殼接地點保持良好接觸。

3.2 加裝磁珠

據統計，絕大多數電磁干擾是通過電源線傳導的，電源線是電磁干擾出入電氣設備的主要通道，也就是說，切斷電源線這個干擾傳輸通道，就可解決大部分電磁干擾問題。磁珠由一些特殊材料合成，通常是采用鐵鎂合金或鐵鎳合金材料制成， 磁珠的制造工藝和機械性能與陶瓷相似， 其顏色為灰黑色，其等效電路為電感和電阻組成的串聯電路。在高頻段，磁珠具有電阻特性；在低頻段，磁珠具有電感特性。電源線在穿過磁珠時，干擾的高次諧波分量被磁珠吸收并轉換成熱能耗散掉，低頻諧波分量被反射，從而使干擾受到抑制。加裝磁珠時需注意兩方面，一方面是加裝磁珠時，磁珠要加裝在儀器儀表電源濾波器的輸入端口，盡量使磁珠靠近電源接線的端子處；另一方面是加裝磁珠時，磁珠外要套上熱縮套，避免磁珠收到熱脹冷縮的影響。

3.3 隔離技術

煤礦儀器儀表采用隔離技術，目的是將井下儀器儀表器件內部電路的輸入單元、數據處理器和輸出單元之間很好的隔離開來，避免各個單元所產生的電磁信號相互干擾，這樣可以降低儀器儀表內部各功能模塊的電磁干擾度，從而提高了儀器儀表的抗電磁干擾能力。

3.4 加裝信號輸入濾波器

這種濾波器內部由片式磁珠組成，片式磁珠是如今廣泛采用的一種抗電磁干擾器件，片式磁珠具有高阻抗的性能，能夠降低煤礦供電網絡中的電磁信號對儀器儀表的電磁干擾，從而提高儀器儀表的抗電磁干擾性能。

4 結語

提高煤礦儀器儀表的電磁抗干擾度是煤礦安全生產的有力保障，本文從加裝電源濾波器、加裝磁珠、采用隔離技術和加裝輸入濾波器這幾個方面論證了提高煤礦儀器儀表抗電磁干擾度的方法，并實際的運用中取得了很好的效果。總之，期望在不斷提高檢測設備的工作性能的基礎上，確保我國煤礦的安全生產。

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1 礦井提升機控制系統的發展現狀

根據提升機對電控系統的要求，提升機的電氣可分為直流傳動和交流傳動兩大類。直接傳動即對直流電動機的速度控制。直流電動機由于具有良好的調速特性、寬廣的調速范圍和易于實現四象限運行等優點，很適合在需要調速和頻繁正反轉的礦井提升機中作拖到應用。隨著電力技術的發展，特別是晶閘管的出現，對要求較高、容量較大或多水平開采的礦井，其提升機幾乎都采用了晶閘管交流裝置供電的直流電傳動系統（V-M系統）。但是直流電動機需要設置機械換向器和電刷，不僅需要經常維護，影響運行可靠性、而且電刷容易產生火花，限制了使用場所，特別是由于存在換向問題，難以制造出大容量、高轉速、高電壓的直流電動機來，使得目前3 000r/min左右的高速直流電動機，最大容量只能達到400kW～500kW；低速直流電動機只能做到兩三千千瓦，已經越來越難適應現代礦井提升機向著高速大容量化發展的需要。

交流傳動即對交流電動機的速度控制。交流電機，尤其是籠型異步電動機，由于結構簡單、制造方便、造價低廉、堅固耐用、無需維修、運行可靠，更可用于惡劣的環境之中，特別是能做成高速大容量，更適應在高速大容量的礦井提升機中作拖動應用。就我國目前的情況來看，國產的交流傳動礦井提升機大部分仍采用較老的控制方式，減速制動多采用能耗制動方式。由于電力電子技術、大規模集成電路和計算機控制技術的發展，特別是交流傳動的矢量控制和直接轉矩控制理論的出現和成熟應用，形成了一系列可以喝直流調速系統相媲美的交流調速系統，國外已將交-交變頻調速系統和具有四象限性能的交-直-交變頻調速系統應用于復雜的、要求較高的、多水平、大容量的礦井提升機中。

2 礦井提升機電控系統的發展方向

礦井提升機電控系統經過多年的發展，展現出如下的發展方向。

2.1 平滑調速且調速精度高

由于礦井提升機負載變化大，調速范圍廣，為滿足提升工藝要求而嚴格按照規定的速度圖運行，因此要求電氣傳動系統應能平滑調速。對于調速精度，提升機一般要求靜差率較小（通常S〈3%），使系統在不同負載下的速度給定值于速度實際的偏差控制在一定范圍內。這一方面是為了避免啟動過程中出現提升容器下墜現象，另一方面是在保證安全和準確停車的條件下將爬行段距離設計得盡可能短，進而獲得較高的提升能力。

2.2 提升容器進一步改進

主井箕斗采用具有外動力的側卸式，裝載采用定量，同時在箕斗采用輕型材料制成，其自重與原來相比有所減輕。由于采用外動力卸載，箕斗無需卸載曲軌，這樣便可通過縮短提升循環時間來達到高產高效；副井罐籠為滿足綜采、綜掘大型設備的提升要求，不少礦井采用了非標準、非對稱布置，如采用一個大罐籠、兩個小罐籠的型式。

2.3 完善的故障監視裝置

礦井對提升機電控系統可靠性要求較高，因為一旦提升機發生故障，就會影響礦井的正常生產，而且還可能危及礦工的生命安全。對電控系統可靠性的要求主要表現在如下兩個方面：電控系統的產品質量要好，產生的故障要少；一旦出現故障能及時按照故障的性質進行保護，并且能對故障進行顯示，使之迅速排除故障。對于安全回路的故障檢測、故障處理等，應采取“雙線冗余”的保護措施，以提高安全保護性能的可靠性。

2.4 全數字化控制

由于引入微機控制系統，隨著微機運算速度的進一步提高，存儲器的容量化、高級專用集成電路的應用以及軟、硬件的優化組合，以一種全新的方式解決了數字控制的小型化問題，使得數字化控制已經成為電機控制方式的主流方向。礦井提升機實現了全數字化調速系統后，能夠在很寬的范圍內高精度測速，所以擴大了調速范圍，提高了速度控制精度。另一方面，一些模擬電路難以實現的控制規律和控制方法，如各種最優控制、自適應控制、復合控制等，都變得十分容易，從而使系統的控制性能得到提高。

2.5 滿足四象限運行

礦井提升機是周期性的工作，在加速、等速、減速、爬行、停車及反向等不同階段，每一提升周期都可能出現正力、負力以及正力與負力之間的變化，既有正轉，又有反轉，既有電動，又有制動等工況，因此要求電氣傳動系統必須是能在四象限中穩定運行的可逆調速系統。

2.6 綜合自動化控制

隨著控制、計算機、通信、網絡等技術的發展，目前國內外生產的提升機，其控制、監視及保護措施已由原來的繼電器或半導體邏輯單元的技術水平發展到多PLC（可編程序控制器）、智能儀表的數字控制以及上位工控機監控的網絡控制技術水平。網絡形式有工業以太網、現場總線等。

3 結論

總之，礦井提升系統是礦山生產中極其重要的環節，它的正常運行與否直接影響著礦井的安全生產。礦井提升機電控系統必將沿著數字化控制方向發展，數字化控制系統具有完善的通信功能，使傳動級與上一級自動化系統實現可靠接入，從而構成具有很高自動化程度的、完善的控制系統，其適用性更加廣泛。必將能為礦井提供更安全、高效、強大的技術服務，使礦井提升電機控制朝著智能化控制的方向發展，為礦井建設提供更強大的物質基礎。

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一、礦井供電系統的分類和等級劃分

1.供電系統的分類 在滿足電力用戶對供電可靠性要求的同時，又照顧供電的經濟性，這是合理的供電原則之一。無論在國民經濟中還是煤礦企業中，不同的用電戶對供電的可靠性要求不完全相同，因此通常將它們分為三類：一類負荷、二類負荷、三類負荷。一類負荷：凡因突然中斷供電會導致人身傷亡事故，或損壞重要設備且難以修復，或給國民經濟帶來很大損失者，均屬于這一類。顯然煤礦屬于一類負荷。煤礦中的通風、排水、升降人員、抽放瓦斯、醫院等也都屬于一類負荷，又稱保安負荷。因此是煤礦中最重要的用戶，要求供電絕對可靠。為此，對這類用戶的供電，必須設有備用電源和備用供電線路。二類負荷：凡因突然中斷供電會造成大量減產者。如煤礦中專門用于提升煤和物料的提升設備、壓風機、井底車場、采區變電所等。三類負荷：凡因突然中斷供電對生產沒有直接影響者。

2.供電電壓等級的劃分目前，煤礦井下采用交流電電壓等級有：6000V、1140V、660V、380V、127V、36V。6000V―為礦區內高壓配電電壓或動力電壓。660V―為井下低壓配電電壓或動力電壓。1140V―為采煤機的專用電壓。127V―為井下照明、手持式電鉆的電壓。36V―為控制電壓，也叫安全電壓。直流電壓有：250V或550V為井下架線電機車的電壓。

二、井下電氣設備的三大保護

1.過電流保護 過電流簡稱過流。凡是流過電氣設備和電纜的電流超過了它們的額定電流。電氣設備和電纜出現過流后，一般會引起它們過流，嚴重時會將它燒毀，甚至引起電火災和井下瓦斯、煤塵的爆炸。由此可見，電氣設備和電纜的過流是一種不正常狀態。井下常見的過流故障為短路、過負荷、斷相三種

（1）短路 短路是指電流不經過負載，而是經過電阻很小的導體直接形成回路，其特點是電流很大，可達到額定電流的幾倍、十幾倍、幾十倍，甚至更大。因為電流很大，發熱劇烈，如不及時切除，不僅會迅速燒毀電氣設備和電纜，甚至引起絕緣油和電纜著火釀成火災，還會引起瓦斯、煤塵爆炸。

（2）過負荷（過載） 過負荷不僅是指它們的電流超過了額定數值，而且過電流的延續時間也超過了允許的時間。電氣設備和電纜過流后，絕緣繞組和絕緣導體的電流密度增加，發熱加劇。如果過流的延續時間很短，不超過允許的時間，電氣設備和電纜的溫度不會超過它們所用絕緣材料的最高允許溫度，因而不會被燒毀，允許繼續運行，這種情況稱為允許的過載。但是，如果延續時間超過了允許的時間，電氣設備和電纜的溫度將升高到足以損壞它們的絕緣，如不及時切斷電源，將會發展成漏電和短路故障，因此也要加以預防和保護。引起電纜和電氣設備過負荷的原因，主要有兩個方面：一是電氣設備和電纜的容量選擇過小。另一個是對生產機械的錯誤操作，此外，電機的端電壓過低或電機堵轉時，將長期通過電機的啟動電流，因而是最嚴重的過負荷。

（3）斷相 三相電源斷一相或三相繞組斷一相，稱為斷相或缺相、跑單相。過流故障有如下的危害：①過流倍數較低時，引起電氣設備和電纜的溫升超限，縮短設備使用壽命。②過流倍數較高時，將導致電氣設備燒毀，甚至引起火災和瓦斯、煤塵爆炸事故。過流倍數很高時，會在電網上造成很大的壓降，影響電網的正常運行。過流保護的要求：必須有選擇性、可靠性、動作迅速、經濟合理。

2.漏電保護 電網的漏電又分為集中性和分散性漏電。集中性漏電是指在變壓器中性點不接地的電網中，由于某處（或某點）的絕緣損傷而發生的漏電。分散性漏電則是由于整個電網或整條線路的絕緣水平降低，而沿整條線路或整個電網發生的漏電。漏電的危害：①增加人身觸電的危險；②增加引起瓦斯、煤塵爆炸的危險；③可能造成電雷管先期爆炸事故；④可能引起電火災；漏電保護的類型有漏電閉鎖和漏電跳閘兩種。所謂漏電閉鎖，是指在開關合閘之前對電網的絕緣電阻進行檢測，如果電網的對地絕緣電阻值低于規定的漏電閉鎖動作電阻值，則使開關不能合閘，起閉鎖作用。其多裝在用于直接控制和保護電機的磁力起動器上。漏電跳閘保護通常是由檢漏保護裝置配合自動開關來實現。

3.保護接地 保護接地就是把電氣設備的金屬外殼和框架，用導線與埋在地下的接地極連接起來的一種保護措施。

（1）保護接地的作用：主要起著分流的作用，可以減少通過人體的電流和產生電火花的能量，從而避免人身觸電事故和瓦斯、煤塵爆炸事故的發生。

（2）保護接地網 從保護接地的原理可以得知，保護接地裝置的保護作用是否可靠，關鍵在于是否能將它的電阻值降低到規定的范圍以內。我們通常把單個電氣設備的接地極稱為局部接地極。在安裝時也要采取一些措施來降低接地極的電阻。但仍往往降低不到需要的數值，使它滿足規定的要求。因此為可靠地預防人身觸電和瓦斯、煤塵爆炸事故的發生，對井下電氣設備要求建立保護接地網。

三、安全用電常識

隨著電氣化程度的迅速提高，盡管井下設置了漏電保護和保護接地等保護措施來預防人身觸電事故的發生，但觸電事故還是時有發生。

1.造成觸電事故的原因

保護裝置人為或意外的失靈。有些人片面追求生產，忽視安全，人為的甩掉漏電保護裝置，放松對漏電保護和保護接地裝置的管理，使它們不能可靠地起到保護作用，造成觸電事故的發生。電機車架線引起人身觸電事故。臨時性的用電設備，不按規定標準進行管理，易造成人身觸電事故。

2.觸電的危險。觸電的危險和分類 人體觸及的帶電導體或觸及因絕緣損壞而帶電的電氣設備的外殼，都會引起人身觸電事故。

觸電對人體的危害一般分為電擊和電傷兩種情況。電擊是指觸電時電流通過人體的內部，破壞體內器官，多數情況會致人死亡，所以是最危險的。電傷是指電流瞬時通過人體的某一局部，造成對人體外表器官的破壞。觸電危險的有關因素 電擊對人體危害程度和以下主要因素有關：①電流的大小；②電流的種類；③電流通過人體的時間；④人身電阻；⑤接地電壓；⑥電流通過人體的途徑；⑦、人的生理狀態；

3.預防觸電的方法 一般措施：①防止人身接觸或接近帶電導體；②降低使用電壓；③嚴格遵守各項安全用電作業制度；

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0.引言

提升機在礦井中擔負著升降人員、提升礦物、運送材料以及升降設備、工具等項任務，它是溝通礦井地面與井下的運輸設備，是礦井的重要設備之一，對礦井生產起著非常關鍵的作用。

礦井提升機有交流拖動和直流拖動兩種，是電力傳動技術的典型應用。進入20世紀90年代，隨著計算機控制技術和電力電子技術的飛速發展，在提升機拖動系統中，采用“電動機+可控硅變流+全數字調節+PLC控制+上位機監控”的全數字控制方式已成為一種發展趨勢。提升機采用全數字控制技術具有如下優點：

（1）硬件結構簡單，故障點少，可靠性高。

（2）可控精度高，工作穩定性好。

（3）故障自診斷能力強，大大降低了使用維護成本。

（4）具有較高的可購置性，擴展方便，運行靈活性高。

（5）可與其他系統聯網，實現現代化管理。

（6）運行效率高，能耗低。

礦井提升機采用全數字控制技術，綜合了電機、電力電子、自動化、計算機控制等多種學科，控制系統結構發生了很大變化，硬件大大簡化，軟件實現的功能不但越來越復雜，而且日新月異。下面結合益新礦2JK5×2.3絞車所用的直流ASCS系列PLC電控系統說說直流電控系統在絞車上的應用。

益新礦2JK5×2.3絞車原來所采用的JKMK/J型電控系統。高壓電路采用仿蘇CG5型換向器，轉子調速10級交流接觸器（CJ12-600A/380V）切換外加電阻，邏輯控制電路為繼電器接觸器組成的有觸點邏輯系統。這種控制系統分立元件連接復雜，出事故不易查找，安全保護單線控制，后備保護不齊全，可靠性差，觸點、觸頭空氣氧化接觸不良和電弧燒傷故障率高；轉子調速性能差，沖擊電流大，機械碰撞及磨損嚴重，同時縮短了電機減速器、接觸器外加切換電阻等設備壽命；高壓換向器絕緣老化，遇陰雨潮濕天氣，短路放炮，嚴重威脅礦井提升安全。將這種電控系統進行改造已勢在必行。

近年來，PLC可編程序控制器得到了驚人的發展，技術趨于成熟，性能優越可靠。老絞車經改造后，將老式電控改造為直流ASCS全數字調控電控系統，技術特點如下：

（1）高壓電源開關，高壓換向器真空化。高壓換向器設置正、反之間，高低壓之間機械電氣閉鎖，結構科學合理。真空化消弧特性好，絕緣狀態高。高壓換向器閉鎖消除了高低壓間、正反向間短路事故。

（2）轉子調速回路，采用可控硅20級編碼啟動專利技術，一是實現無觸點切換，避免觸頭拉弧燒損和噪音，二是啟動特性曲線平滑，沖擊電流小。

（3）低頻電源裝置，技術成熟，運行安全可靠。低頻拖動平穩，減少了對裝載、卸載系統裝備的機械沖擊。

（4）最新西門子S7-300型PLC控制器，取代原來的繼電器接觸器的有觸點邏輯控制方式，實現數字程序化控制，簡化了控制系統結構。設置雙PLC實現了兩線制保護。

（5）上位計算機顯示提升機運行狀況，各運行參數、保護狀態直觀明了，便于查找事故和維護，提升機實時監控運行。

（6）有擴展功能，可與局域網連接，實現網絡化管理。

1.ASCS電控系統的結構特征

1.1 ASCS電控系統設備總體結構

ASCS系列電控設備總體結構包括：高低壓配電、變壓器、變流柜、PLC控制柜、全數字調節柜、操作臺、監控系統等組成。

1.2 PLC柜結構及工作原理

1.2.1 PLC柜主要技術參數

（1）供電電源：一路為單相200VAC，另一路為三相380VAC。

（2）內含兩臺PLC，輸入/輸出信號為：

A、16路（可擴展）模擬量輸入，電壓范圍±10V。

B、128路（可擴展）直流24V/0V開關量輸入。

C、32路（可擴展）繼電器輸出（接點容量為220V，5V）。

D、8路（可擴展）模擬量輸出，電壓范圍±10V。

1.2.2 PLC的原理

最初研制生產的PLC主要用于代替傳統的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：

繼電器控制裝置采用硬邏輯并運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點在繼電器控制線路的那個位置上都會立即同時動作。

PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該繼電器的所有觸點不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。

為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式：掃描技術。這樣在對于I/O響應要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結果上就沒有什么區別了。

1.2.3 PLC柜的工作原理

PLC柜由2臺PLC組成，采用SINMENS S7300。PLC通過輸入模塊接受外部的數字量/模擬量信號輸入，PLC接受到這些輸入信號后，將它們存放在CPU的輸入存儲區，CPU根據預先編好的程序，對輸入信號進行運算、處理，其結果存放在CPU的輸入存儲區，然后將這些處理結果通過輸出模塊輸出數字量/模擬量信號，控制繼電器的得電/失電或指示燈的開熄，從而達到邏輯控制的目的。PLC用于邏輯控制時，其功能相當于多個無觸點繼電器的邏輯組合。PLC具有內部定時器及內部計數器功能，可以實現定時控制邏輯和脈沖計數。PLC軟件采用STEP7程序設計語言編寫，使用一根編程器和PLC，當程序編寫完成后，通過編程口將程序下載到PLC的CPU RAM程序存儲區中，則PLC可脫離編程器而獨立運行CPU中的程序，以實現各種不同的控制目的。

2.ASCS輔助裝置

2.1上位機監控系統

上位機用于監控提升系統的實時運行狀態，即時反映故障發生情況，保存故障信息。它可顯示罐籠位置、提升速度及速度圖、高低壓供電回路、液壓制動系統和故障信息等畫面。反映提升機所有的運行參數和運行狀態以及故障類型和故障發生時間，使司機對提升機的運行狀態一目了然，從而實現安全、高效地操作提升機。

該監控系統共設有7個主要畫面，分別是：提升系統、高低壓供電系統、液壓制動系統、速度圖、故障信息歷史記錄、電控系統原理圖及歡迎畫面。

2.2輔助裝置

ASCS輔助裝置主要是傳感器件，具體有井筒開關、測速機、編碼器等。

井筒開關：選用磁性非接觸開關，分別設置在井筒中過卷、齊平、同步、減速點等位置。

測速機：選用與軸編碼器一體化的進口產品，安裝在驅動輪上或電機側。

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中圖分類號TD534 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）80-0140-02

0 引言

提升機是煤礦企業井下應用最廣泛的設備之一，在整個提升運輸過程中發揮著重要的作用。同時它也是煤礦耗電量較大的設備之一，而應用變頻技術于煤礦提升機中，不僅能減少耗電量，節約電能，而且操作方便，運行平穩能滿足當下礦井運輸的安全性、可靠性要求，并降低了煤礦企業的成本，因此說變頻技術應用于礦井提升機有著重要的現實意義。

1 提升機的分類

1.1 按用途分

1）主井提升機。主井提升機的任務是專門提升井下生產的煤炭。年產30萬噸以上的礦井，主井提升容器多采用箕斗；年產30萬噸以下的礦井，一般采用罐籠或串車；2）副井提升機。副井提升機的任務是提升矸石、廢料、下方材料，升降人員和設備等。副井提升容器采用普通罐籠和串車。

1.2 按提升機類型分

1）單繩纏繞式提升機。單繩纏繞式提升機是目前大部分為等直徑圓柱型滾筒，在個別的老礦井，還有使用變直徑滾筒提升機；2）多繩摩擦式提升機。多繩摩擦式提升機可分為塔式和落地式。

1.3 按拖動方式分

按提升機電力拖動方式分為交流拖動提升機和直流拖動提升機。

1.4 按井筒的傾角分

提升機按井筒傾角分為立井提升機和斜井提升機。立井提升時，提升容器采用箕斗或罐籠等。斜井提升時，提升容器一般采用礦車（串車）或斜井箕斗。串車提升適用于井筒傾角不大于25°；斜井箕斗提升適用于井筒傾角在25°～35°范圍內。近年來大型斜井提升多采用膠帶輸送機。目前，從國內、外礦井提升機的發展來看，都在采用最新的技術，最新的工藝，最新的材質，使提升設備向大型化、高效率、體積小，重量輕，能力大，安全可靠，運行準確和高度集中化、自動化方向發展。

2 變頻調速技術

變頻調速技術就是完成變頻調速系統調速傳動任務的技術。它的主要內容包括了變頻器的結構和工作原理、所用的功率器件、電動機運行的特性、調速系統所驅動的各類工作機械（即負載的特性和要求）。為了達到傳動的轉速轉矩要求、保證靜、動態性能穩定，還要應用各種控制技術。此外，消除變頻器對外干擾和變頻器實際應用的經驗也是變頻調速技術研究的范疇。總之，變頻調速技術是電力電子技術、電氣傳動自動化、控制理論、計算機等多門學科的綜合，也是一門重要的學科分支。因變頻調速具有優點全面、適用面廣等特點，所以說變頻調速技術將是稱為調速領域中的主要技術，并有統一調速領域之勢。

3 變頻調速的發展過程

3.1 變頻器采用的電力電子器件

電力電子器件是決定變頻器性能的關鍵，早期是晶閘管，由于它是半控器件，需要換相回路，后來被全控器件所取代。早期是晶閘管（SCR），被今天的全控器件所取代。今天的全控型器件，不僅可以自行開關，而且還可以提高功率；并能完善和提高變頻器的各種功能。

3.2 線路結構

整個變頻裝置是由元器件和線路連接而成的，1990年以前，線路基本上是由模擬電路分立元器件組成的，只有少量數字電路和集成塊。以后由大規模集成的數字電路逐漸增多，20世紀末就全面數字化；整流器、逆變器、SPWM波形形成、矢量控制等，都集成為一塊，甚至集成為一體，因此裝置體積越來越小，可靠性大大提高。

3.3 計算機的使用

20世紀90年代以后，計算機進入了變頻器的結構和運行領域，提供多種功能：1）取代一部分模塊的功能，如SPWM波形的生成，矢量控制的實時計算等；2）實現各種保護并且智能化，如自監控、自診斷；3）進行運行控制，如開機停機、加減速、正反轉、制動等。總之，計算機配合模塊及其他電氣設備，進行協調、控制、通信、執行變頻調速系統各項功能，成為系統的神經樞紐，目前正向網絡化發展。

3.4 變頻器主電路拓撲結構

應用最廣的是交-直-交變頻器的主電路拓撲結構是逆變器為六拍三相橋，一直保持了多年，20世紀90年代以后開發成功多電平電路如功率單元串聯電路，改進了性能，擴大了適用面，如制作高壓變頻器及特大功率變頻器。整流器原來是單一的半控和不控整流，90年代后發展為雙SPWM和SVPWM，不僅便于作四象限運行，還能改善網側的波形和功率因數。

目前國外很多公司生產礦井提升機用的變頻器，都采用了數字控制。如德國Ensdorf礦井提升機為雙交-交變頻器供電系統，由高速可編程序控制器執行數字控制和歐洲ABB公司技術，當時都是十分先進的技術，今天也被IGBT變頻器供電取代。

4 變頻調速技術在提升機中的應用

變頻調速技術應用于礦井提升機中能應付井下不同的電網。礦井提升機利用全新雙CPU冗余控制實現平臺控制，這樣就能使控制性能有大幅度提高，從而來實現恒轉矩的提升功能，并不因電網波動而影響負載的提升。變頻調速技術應用于礦井提升機中能加大提升機的負載能力，使啟動力矩增大，從而實現了電機的軟啟動。

4.1 直流制動作用

當礦井很深，慣性滑行的減速度太小，使減速階段的時間太長，降低生產率時，需要采用直流制動方式減速。提升機中停止工作時，應用變頻調速技術能可靠地閘住提升機，正常停車。在減速階段下放重物時，變頻器能平滑地從高速降到低速，參與提升機的控制，利用機械抱閘作用使重物停止在中間位置。當發生緊急事故時，能迅速而合乎要求低閘住提升機，使重物不發生下滑，避免了“溜勾”現象。

4.2 S形速遞曲線

礦井提升機過程必須要求平穩、安全、可靠，在副井提人時還應保持礦井上下人員的舒適感。梯形速度圖是我國提升機運行中廣泛采用的一種速度圖。變頻調速技術應用于礦井提升機中，就能使提升機連續、平滑的運行，就能形成S型速度給定曲線。并且通過修改有關提升控制參數，無論是加速啟動段，還是減速制動段，都能夠實現較為復雜的控制措施。采用變頻調速技術，不僅使提升機控制系統可靠的工作，而且基本不用維護。

4.3 節約資源

由于變頻器具有平滑調速、軟啟動、節能效果顯著等優點，變頻器應用于礦井提升機中發揮了重要的作用：1）輸出功率連續調節，實現了動機無級調速；2）提升機動力制動采用硅或可控硅整流電源裝置。采用該裝置的動力制動與采用機械或電動機-發電機組制動的方式相比，前者具有既能節電，又能使提升機制動準確可靠、跟隨性能好的優點；3）提升機采用低頻發電機組實現箕斗提升自動化，縮短了提升周期，提高了提升能力，達到節約用電的目的；4）穩壓性能好。提升機在額定功率下運行，變頻器保證了電動機在額定電壓下運行，避免了因電壓高（低）對電機所造成的危害。

5 結論

實踐證明，礦井提升機應用變頻調速技術徹底避免了繞線式異步電動機起動、制動速度無法準確控制的特點，可靠性大大提高。隨著電子元器件性能不斷飛速發展，變頻調速技術畢竟更廣泛應用于礦井提升機上，為煤礦企業的發展節能大量人力、物力，為礦井創造客觀的經濟效益。變頻調速技術作為礦井發展的基礎技術和節能技術，已經廣泛到應用于煤礦生產過程中，并且隨著科學技術的迅速發展應用范圍將更加廣泛，發展前景將更加光明。

參考文獻

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