煤矿掘锚机电机保护系统探讨.doc

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1、煤矿掘锚机电机保护系统探讨随着中国煤矿开采规模的不断扩大，掘进技术也在不断改进。掘锚机这一优秀的成熟产品在国外被广泛应用，但在国内仍处于起步阶段。在煤矿回采工作中，采和掘的不平衡日益显著，根本原因是掘进速度与支护速度的不匹配[1]，掘锚机的出现有效解决了该问题，将掘进与支护相融合在一起，并合理优化。掘锚机通过省去掘进与支护的换位时间，增加煤矿开采速度，再配以先进的控制系统，最终达到了提高掘护速度的目的[2]。然而实际生产中，该设备的支护效率大于掘进效率，仍然需要继续优化改进，以实现掘锚一体的同步。实现这一终极目标的关键是控制系统

2、的不断优化改进，控制系统体现在电机的综合保护、三车同步和功率匹配3个方面。电机作为动力源，一旦发生故障，将会影响整个掘进设备的工作，且因为矿井内的环境恶劣，使得维修非常困难。因此，对电机保护系统进行提升研究成为一项重点内容。1电机保护系统4学海无涯电机电流幅值过载保护具有一定的缺陷，研究电机的有效保护方法显得尤为重要。由于异步电机三相配电线路的不同特点，在不同状态下，因过载而烧损电机的原因各不相同，最终导致的事故程度也不相同。故本文用对称分量法作为理论依据，对三相电机工作电流进行保护设计，再通过线圈内部的温度作为判断标准，从而建

3、立热过载的反时限保护模式，最后通过硬件和软件设计，最终实现三相电机启动前的短路接地等各种故障的全面保护。电机保护系统主要有以下几类[3]。（1）热反时保护模式。实际工况下，电机的热过载保护有后续这些需要，比如，掘进过程中若突遇硬度较高的煤矿，且掘进机正处于高速切割的运行状态，电机会呈超负荷运行，此时就需要电机控制系统按当前工作电流的过载百分比，对电机按二次方负曲线做时长的延时保护。（2）三相不平衡判定模式。三相不平衡的多种判定方法中，对称分量法是最有效的。PLC程序中会实测三相电流，用对称分量法计算所需要的正序和负序电流，由此来

4、判别三相是否平衡，最终对电机进行断电保护。（3）接地故障判定模式。随着时间的推移，电机绕组绝缘性能会不断下降，加上环境潮湿等外界因素，极容易发生接地故障。接地故障会引起电流失衡，再产生大量热量会导致线圈内部温度急剧上升，最终导致电机损坏。同时，三相电流的严重失衡会使旋转磁场发生畸变，进而引起电机本体发生强烈振动，甚至会导致电机本体的变形损坏。因此，对电机接地电阻做在线检测和控制保护显得极为重要。（4）系统接口自动模式。基于CAN总线的多个优点，多功能防爆型掘锚机的控制系统采用CAN总线作为通信平台，再通过CANOPEN为接入协议

5、，做到了减少电缆数量的同时，也加快了生产进度，还在一定程度上减轻了电缆成本，更重要的是满足了防爆和快速联络的需求。（5）电机启停保护模式。多功能的防爆型掘锚机是一种复杂矿用设备，所有动力均来自电动机，配置一套可靠的电动机启停保护系统显得十分重要。2硬件与软件设计4学海无涯2.1硬件。电机保护系统的硬件设计主要涉及PLC硬件选择以及外围系统选择等方面的内容，这直接决定了电机整体的保护效果[4]。（1）PLC选择。综合多项考虑，本文选择了市场占有率最高的LM3108G高压电网智能保护PLC，是一款煤矿设备的专用PLC，将保护、通信和

6、测控融为一体，其主要特点有以下几点：一是针对矿井环境设计，专门用于煤矿井下（交流50Hz，额定电压3300V、1140V、660V，额定电流1000A及以下）中性点不接地的三相电网中，还可充当低压电网的智能保护器，是实现井下自动化监控的最佳终端设备；二是可直接采集三相电压、三相电流、零序电压、零序电流等交流信号，采集速度更快，也节约了成本；三是具有过压、欠压、过载、短路、漏电等多项保护功能，能检测电网绝缘电阻数据、模拟漏电和短路试验、计算多种情况下的功率因数、选择性实施漏电保护、继电保护功能安全可靠；四是多端口，可扩展功能模块、

7、外界显示屏、三方设备等，更好地组建了自动化监控系统。（2）外围系统选择。电机保护还需要配备相应的外围元件，实现电动机的综合保护，例如CAN/Modbus网关、高压接触器、防爆箱等。为达到稳定使用和抗干扰等基本功能，本文综合考虑选择上海泗博公司的CAN/Modbus网关产品，可以使得双总线主从与通信，并且保证掘锚机通信系统达到一致。高压接触器选择美国EATON品牌，防爆箱选择上海华欣的生产工艺，外围系统的选择都以满足相关标准和矿井下使用为基本原则。2.2软件。本文以CoDeSys2.1平台进行软件编程设计，CoDeSys2.1编程

8、与总系统同属一个软件平台，该平台操作简单方便，具有多种编程语言以满足不同的需求，并且自带多项专用指令库，例如实现短路、漏电等保护功能，强大的功能为电机综合保护的实现提供了可靠便捷的平台[5]。在运用该平台进行编程的过程中，本文严格执行企业标准，从命名每一个变量、