快速切换装置在煤矿通风系统中的应用研究

李 云

（山西长治经坊庄子河煤业有限公司，山西 长治 047100）

一、概述

在煤矿生产中，电能是主要的动力来源，煤矿的安全生产是依赖于安全可靠以及高效率的供电系统的。因此，对煤矿生产过程中的煤矿供电的可靠性的保证是煤矿安全生产的前提。在煤矿生产中，若发生机电设备突然断电等事故，不仅对煤矿的生产安全带来不利影响，对于矿工工人的人身安全也会产生相当大的威胁。以断电时，设备突然停止转动为例，通风设备不运转，则使得井内瓦斯气体因不能排出而大量聚集，则对矿工的生命产生了极大的威胁。因此，矿井供电的可靠性是矿井供电的基本要求，在本文中也会对不间断供电的实现如何完成进行相应的探讨。

二、在我国煤矿通风系统的发展现状

1 通风系统的分类

我国所采用的通风系统到目前为止主要有六类：

（1）机械抽出式通风。此通风方式是井工煤矿在作业时最常采用的以及应用最广泛。

（2）压入式混合式通风。容易发生自然灾害的矿井作业时比较常用此种方式。

（3）混合式通风。此种方式已经逐渐被淘汰，现在主要在一些老矿井中得以应用。

（4）分区式通风。这是一种新型的通风方式，一般常见于大型矿井或新型矿井中。

（5）对角式通风。这种方式一般财力雄厚的煤矿集团或者是生产条件比较好时采用。

（6）边界式通风。一般适用于自然情况较好的小规模开采的矿井中。

2 通风系统设计

煤矿系统的组成主要包括：动力装置、井巷网络以及通风设施等。这些各自职能的发挥以及相互的配合是通风系统正常运行的保证。在对煤矿的通风系统进行设计时，要综合考虑矿井的拓展以及开采计划。在开采时要注意引进先进的科学技术，从而实现系统的安全可靠、经济合理的要求。对一些变量参数如矿井的总通风量、矿井在通风是产生的总阻力以及矿井通风的资金预算进行充分的调查与分析，并得出相关数据，以数据为基础，配置高性价比的通风设备，并设计出一套可行性高，安全可靠的方案。

三、煤矿通风技术发展面临的难题

1 管理难度大。在现在的开采中，矿井面积日益增大，通风系统逐渐大型化，设备的体积越大其复杂程度必然随之增加，这更加大了通风系统的管理难度。

2 不稳定。矿井作业面积的日益增加，挖掘速度的日益加快，通风系统的性能要求必须不断与矿井的变化相适应，这就要求通风系统需要不断的进行调整以及改造。而这样的后果是直接对通风系统的稳定性产生了影响。

3 维护难度大。矿井井田面积的增加不仅仅只带来了以上问题，井巷断面积的增加使得通风系统的设计工艺变得十分复杂，而面积越大对系统的设备性能的要求也随之增加，以及挖掘深度的增加意味着地温这一问题要被重视，从而使通风系统对降温设备的数量也有一定的要求，综合以上因素，整个系统的工程量以及维护难度便大大增加。

四、煤矿通风的影响因素

1 环境因素

矿井的自然条件和矿井的通风结构是在煤矿通风中主要的环境因素，一般条件下，煤层的地质结构是很复杂的，尤其是挖掘深度的增加使其职称条件，受力情况等等因素更加复杂，因此事故发生的频率也尤其高。此外，考虑煤层的自燃情况的出现，爆炸、坍塌等事故特别容易出现。通风设施的不完善导致通风不顺畅，使得井内设备不能正常运行，也容易造成监测数据的传输错误。这些因素都是对煤矿通风安全造成影响的主要因素。

2 人为因素

管理手段以及施工人员素质的参差不齐也对煤矿通风安全产生了较大的影响煤矿企业必须在提高系统安全性能方面给予足够是重视。对事故的处理能力要具备，但同时要对事前和事中进行控制。不要让煤矿企业自身处于被动状态。人员要适当进行安全意识的培训，在人员配置上注意通防人员的专业素质，尽量避免重生产、轻安全为主因的管理缺陷的存在。使作业人员在更加安全的环境中作业。

五、煤矿通风系统的作用与重要性

煤矿通风是指通过利用机械设备完成向矿井下空气的输入，从而使矿井下的氧气含量得到保证，并保证施工人员的施工以及人身安全，同时将有害气体以及粉尘排到井外，并使井下温度得到降低的技术手段。而对以上所述的这一系列的作业的方式、方法、设备与技术的总称成为煤矿通风系统。煤矿通风系统是施工的前提与保障，是矿井作业的“心脏”。矿井的通风系统出现任何问题都会导致井下的环境急剧恶化。这不仅使得作业人员的工作环境缺氧，同时有害气体还会产生威胁。因而通风系统的稳定可靠是矿井作业中的重中之重。

六、快速切换装置以及主扇供电系统的工作原理

图1、快速切换装置以及主扇供电系统安装图

1 通风系统供电电源的快速切换装置的切换方式

快速切换装置以及主扇供电系统的安装图在上面已经给出，其开关方式主要有两种一是进线电源开关互备，另一个是母联开关切换。第一种情况在图一所示的安装图中表现为1#为正在运行，2#是备用设备。当1#开关失效时，2#备用开关开始工作；第二种切换方式是1#、2#开关均带电，母联热备。1#、2#电源与其对用主扇相对应，在发生电源或其他用电故障时，母联运行完成切换。此切换方式对于减少实际中发生的由于母线故障发生的大规模停电现象非常有效，这是由于它可以使备用设备迅速恢复，避免了大面积停电带来的财产损失以及人员伤亡。

图1 快速切换装置以及主扇供电系统安装图

2 快速切换装置的基本工作原理

通风系统的供电系统中其快速切换装置的主要工作原理是：首先对主扇开关的电流、电压等等物理参数信息进行采集，然后装置内的逻辑程序工作对这些参数进行分析判断，这样使得故障点能够被快速被检测出，并及时切除。对于系统的残压相位角能够进行同期捕捉，并使备用电源能够以同相角投入，这样可以对主扇以及电网的冲击减少到最低使煤矿同分系统能够不间断的运行。互备切换与母联切换的本质上的区别就是是否具有同期捕捉功能，这是是否能使通风系统平稳运行前提。

七、主通风机供电方式的改进方案

1 供电的可靠性问题：针对该公司的通风机供电系统提出的策略是一次系统中采用双路或多路供电，并在二次系统中之辅以备自投装置。但在实际中，备自投装置存在切换时间长可能造成主扇风机已经停止；切换时冲击电流较大，造成设备损坏；自投成功率低以及母线永久性故障产生的扩大事故范围的种种缺陷。

2 具体切换方案

（1）系统正常运行时，采用工况l供电时，安装一套电源快速切换装置，无论何种原因当进线1(或进线2)失电时，快切装置动作合上母联开关，投入到另一侧进线电源，保证风机不停转。

（2）系统正常运行时，采用工况2或工况3供电时，即母联开关在合位或母联为刀闸，或无母联时，安装一套电源快速切换装置，无论何种原因当进线l(或进线2)失电时，快切装置动作，投入另一侧进线电源，保证风机不停转。

八、快速切换装置的运行逻辑

本文中我们以快速切换装置在某煤矿通风系统中的应用为例进行简单的介绍。该煤矿通风系统供电电源来上级变电站，主线路是一条35KV架空电力线路,导线为两条LGJ-150架空线路长为17.5千米。矿井电源为高压侧电压值为110kv，二次电压值为35kv。

1 快速切换装置的运行逻辑进行介绍

下面我们将对快速切换装置的运行逻辑进行简单介绍：

当进行电源切换时，如果只是简单的将备用线路电源接入，很容易使事故扩大化，因此，在对电源进行切换前必要的逻辑判断是必须的，以对是否投入程序进行判断。具体情况如下：

情况1：过流故障跳闸：当跳闸电源比较大时，同时故障电源在进线开关的电流互感器上会有一定的反映，此时切换装置所设定的电流门槛值便开始起作用，当时机的电流值高于此电流门槛值时便会发出警报并锁定切换装置，然后倒机操作使备用主扇投入运行。

情况2：进线开关无电流通过或被检测到的电流极小时，启动切换装置：当没有电流通过时，有两种情况，一是进线开关已经被检测到断开，此时直接投入母联开关即可；二是进线开关检测显示未断开时，切换装置首先发出开关指令，当开关断开后产生跳闸信号后，再发出投入母联指令，从而能够使风机保持连续运转的状态。这样当出现故障或以他原因造成的意外断电等情况时，备用电源就能够及时投入使用，使主扇风机不会意外停电。

当切换装置的检测信号显示备用线路无压、无频时，不进行切换，要对快速切换装置实行闭锁，防止人工送电的时间被延长。

2 闭锁功能的简单介绍：

若运行方式为大分列运行，若主扇房配电室发生母联误投入的情况会使系统发生并联运行的情况，容易造成因环流过大而引起的故障。此时需要快速切换装置具备以下功能使闭锁功能得以实现：

自检功能，防止当自身发生故障或备用电源异常启动。

当备用电源没电时闭锁切换

P.T断线会引起因失压造成的闭锁切换

在进行检修时要闭锁切换功能。

3 切换装置的调试和和使用

切换装置进行快速切换时要具备逻辑判断功能、同期捕获功能、残压检测功能，这是使通风系统的电机的冲击达到最小的基本功能。

结语

在矿井作业时，煤矿的通风系统是最关键设备，尤其是高瓦斯矿井中通风系统的安全运行与矿井的安全是直接相连的，在进行作业中要保证做到不停电不停风。在以往的矿井事故中可以得知，大部分的矿井事故是由电源线路故障或上级电源故障造成的停电而引起的。而快速电源切换装置可以对故障进行快速的判断，对故障点进行及时的切除以快速恢复供电，使不停电不停风的目的得以实现。

[1]张见瑞,煤矿通风系统安全控制探讨[J],科技与生活,2012(1)

[2]赵华峰,煤矿通风系统安全现状的评价检查方法[J],科技与生活,2012(2)

[3]张俊同,安林煤矿通风系统优化应用[J],现代企业教育,2012(2)