煤矿空压机配电与控制系统探讨与研究

煤矿空压机配电与控制系统探讨与研究

马亚杰

(平顶山天安煤业股份有限公司十矿北二机运队河南平顶山467000)

摘要：目前煤矿使用的空压机已基本更新为螺杆空压机，设备的稳定性、可靠性和安全性都有了很大的提高。但从煤矿压风系统整体情况来看，还存在着诸如压风系统运行效率不高、设备控制自动化程度低、空压机卸载后空转造成能量浪费、供风压力不稳定等问题。这种情况下亟待解决的问题是针对煤矿对空压机配电与控制的特殊要求，建立一套以变频调速控制和PLC下位机自动控制为核心的控制系统。通过提高控制系统自动化程度，来提升供风质量，提高整个压风系统的生产效率，减少操作人员，大大降低压风系统的运行成本。煤矿空压机配电与控制系统主要由配电系统、变频控制系统和集中控制系统构成。

关键词：煤矿空压机配电；控制系统；探讨与研究

1导言

空压机是一种压缩空气的设备类型，可用于相关空气动力设备，实现巷道通风、高压空气爆破采煤等，具有极高的应用价值。而空压机运行中，可因故障干扰，导致空压机振动异常和噪声产生，造成安全风险。

2空压机配电系统

空压机作为煤矿的一类负荷，要求其配电系统要“安全可靠，经济合理”。空压机配电系统主要由高压系统、直流系统和低压系统组成。

2.1高压系统

在保证双电源供电的情况下，高压配电系统（10kV）采用单母线分段接线。通常煤矿一般空压机房安装3台空压机，高压配电柜选用户内金属铠装固定式高压开关柜10面：电源进线柜2面，变频出线柜3面，所变柜2面，母联柜1面，PT柜2面。这样就构建了一个典型的高压（10kV）双回路配电系统，实现了两回路高压电源的切换，同时把空压机分别挂在不同的母线段上，通过高压配电柜的的切换，可以实现任意一台空压机采用任意一趟电源运行，保证了整个系统的高可靠性和适应性。在高压配电柜的配置上，主回路高压断路器选用固封式真空断路器，保护选用微机综合保护装置，同时配备智能操控系统、防凝露装置、测温装置等。通过综合保护装置完成压风机机房10kV供电系统的保护、测量、控制、信号采集功能，实现如下功能：三段电流保护；过负荷；低电压保护；手车位置监视；断路器合、分闸监视；遥调、遥控、遥信、遥测功能；多种测量功能。

2.2直流系统

配备直流屏系统，为高压配电柜提供保护和操作电源。直流屏采用铅酸免维护电池，装设微机电池巡检装置，在实现充电电源自动切换的同时，根据系统工作状况，可自动实现蓄电池的程序充电、恒流、恒压、均充/浮充自动转换功能。

2.3低压系统

配备380V低压配电系统，两回路电源分别取自10kV所变柜变压器二次侧。低压配电柜能实现双电源自动切换，出线回路满足变频器控制和冷却、空压机自动控制系统相关要求。低压配电柜配备单片机保护装置，可实现低压柜运行参数的采集、运行状态的监控和保护，同时具备通讯功能。

3空压机集中控制系统

3.1工作原理

空压机集中控制系统对空压机及相关设备（包括配电系统设备、变频控制系统设备、储气罐等）实现集中检监测和控制。系统采用上位工控机和PLC下位机相结合的控制方式，利用PLC下位机采集空压机、储气罐、变频器、配电柜等设备的相关运行参数，并实现对以上设备的自动控制、保护和故障报警。上位工控计算机通过通讯接口和PLC下位机进行通讯，对PLC下位机进行管理，对系统相关参数进行设定，并模拟动态显示系统运行状况。

3.2系统功能

（1）实现自动控制功能。能实现对空压机、储气罐、变频器、配电柜等设备的自动控制，实现空压机的连锁控制，能按照设定的程序控制运行空压机的数量，并自动调节运行空压机的转速。（2）实现多种控制方式转换。能根据实际需要，分别在上位工控机、就地触摸屏控制台、高压变频器上对空压机进行启动、停止的操作。（3）实现设备保护和故障报警。能实现空压机电机、变频器和配电柜的相关电气保护，实现空压机超温、超压、安全阀动作、空气过滤器堵塞、油过滤器堵塞、油水分离器堵塞、储气罐超温等保护，并实现声光报警功能。（4）实现设备运行工况适时监测。实现对空压机、变频器和配电柜相关运行参数的采集、显示和连续在线监测，并实现相关数据的存储和查询。（5）具有故障诊断功能。能实现故障自我诊断和停机保护，并能进行故障分析，显示出故障点和故障原因。（6）具有参数设定功能。可设定空压机轮转时间、自动加载压力、自动卸载压力、排气温度报警参数、排气温度报警停机参数、极限压力设置、空气滤清器更换时间、油过滤器更换时间、油细分离器更换时间等参数。（7）能实时动态模拟显示空压机、储气罐、变频器、配电柜等设备的运行状态。（8）实现空压机房网络监控功能，从而达到空压机房“无人值守”。

3.3控制方式

（1）自动集中控制。根据用风量多少，系统自动控制投入运行的空压机数量，并适时调整运行空压机的转速，保持压风系统供风压力恒定。（2）本地人工控制。操作人员工通过设置在空压机房的触摸屏控制台对空压机进行集中控制或独立控制每台空压机，实现空压机的启动和停止操作。（3）远程控制。操作人员通过上位工控机对空压机进行集中控制或独立控制指定的空压机，实现“一键启停”。

3.4控制流程

自动集中控制运行模式下，控制系统根据用风量多少，自动控制投入运行的空压机数量，并定期按设定的顺序实现空压机轮换运行。1#、2#、3#空压机采用一拖一全自动变频调速控制。空压机运行方式采用“两用一备”模式，即1#、2#、3#空压机，其中两台风机为主用空压机（主用空压机Ⅰ和主用空压机Ⅱ），另外一台为备用空压机。用户可以任意将1#、2#、3#空压机定义为主用空压机或备用空压机。正常情况按照矿井需要的用风量，系统先投用主用空压机Ⅰ，从小到大调解主用空压机Ⅰ的供风量，满负荷运行后如果供风量仍不足，投用主用空压机Ⅱ，并对主用空压机Ⅱ的供风量进行调节，直至满足供风量要求。

3.5系统构成

空压机集中控制系统由上位工控机、打印机、UPS电源、PLC下位机和触摸屏控制台等设备以及空压机、储气罐、变频器、配电柜等设备上的控制单元组成。该系统的核心设备为上位工控机和PLC下位机。上位工控机主要完成管理PLC下位机、系统相关参数设定、系统运行状况动态模拟显示、系统运参数在线监测、系统相关数据分析处理和存储等功能。PLC下位机作为监控核心，能与上位工控机、空压机PLC、高压变频器PLC、配电柜通讯机等进行通讯，自动控制空压机、储气罐、变频器、配电柜等设备的运行，并实现相关的保护和故障报警功能。相关设备的各种开关量信号（数字信号）和相关设备的传感变送信号（模拟信号）均接入PLC下位机。相关设备的控制信号均由PLC下位机发出。空压机房配有触摸屏控制台，通过该触摸屏操作人员可以查看空压机的运行情况，并可对空压机发出各种控制指令，实现就地集中控制或人工独立控制每台空压机启动和停止。通过使用如上所述空压机配电与控制系统，保证了煤矿空压机运行的安全性和可靠性，提高了空压机房自动化水平，减少了现场操作人员，让煤矿空压机房日常运行做到“无人值守”。这些都非常符合当前煤矿行业发展趋势和要求，在煤矿生产过程中，有很大的推广价值。

参考文献:

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