采煤机电动机故障保护改进设计

乔丽娟

（同煤集团云冈矿，山西大同 037017）

0 引言

在综采作业面中，采煤机是最关键的设备之一，其运行效率直接影响着采煤的效率。根据相关研究可知，由于综采工作面存在较大的湿度、较高的温度及粉尘浓度，极易导致采煤机的电机出现故障问题，如短路、漏电。本文针对现有保护装置进行分析，及时找出其中存在的问题，提出有效的措施加以改善，以提高保护性能，进而使采煤机的运行具备较强的稳定性[1]。

1 现有采煤机故障保护装置中存在的缺陷

1.1 短路保护

随着开采效率的不断增强，截割功率也持续增加，为了确保采煤机可以稳定有效地运行，必须针对过载、欠载及短路等问题来采取有效的保护措施。目前，采煤机电机所使用的接线形式如图1所示。在经过隔离开关之后，工频电流将会被划分为两路，之后再分别利用交流接触器、电流互感器与左、右截割电机形成有效连接。处于这种电动机连接的状况下，电动机针对过载、欠载及短路等故障所发挥的保护作用主要是对各相的电流值进行测量，并对结果进行分析，判断其是否满足标准要求，从而开展有针对性的保护措施。但是，在现实应用的过程中，在测量各相电流值的时候会出现电流波动现象，对判断结果的精确性造成影响[2]。

例如，620 kW的采煤机有着130 A的额定电流值，当其数值为1 300 A的时候，才可以明确线路是否存在短路问题。因此，应当为其设置0～1 300 A的电流变送器。通过型号的选择可知，与以上各个要求相满足的电流变送器具有0～1 600 A的量程，选择量程较大的检测设备本身就已经降低了测量的精确度，再由于过大的电流会对设备造成干扰，导致其所测量的电流出现较大的变化。因此，单单依靠软件来完成电动机的短路保护动作，无法确定其是否可以满足精确度的要求[3]。

图1 常规采煤机电机的接线示意图

1.2 漏电保护

目前，综采作业面所运用的供电系统中，中性点大多不与地相接触，采用这种形式来供电，即便发生了漏电问题，也无法及时检测出。因此，在漏电保护装置中应当单独设置一个接地电源。通过深入调研可知，现有漏电保护装置发挥保护作用的形式大多为附加直流电，其构造图如图2所示。

在实际运用的过程中，漏电保护装置极易做出错误动作，且极易被烧毁，关键原因如下。

（1）漏电保护装置基本都是采用电流互感器来检测电流值，该设备的结构及形式较为简单，外部磁场极易对其造成影响，进而使电流值无法得到准确的测量[4]。

（2）采煤机电动机所采用的漏电保护装置都是利用电阻分压来获取电压的，由于综采工作面所处的环境较为恶劣，导致电阻分压值发生变化时，基准电压也将会受到一定的影响，最终将会导致该保护装置发生错误动作。

（3）常规采煤机所采用的电动机漏电保护装置主要是利用附加直流电的形式来发挥保护作用，无法对产生漏电的部位进行准确识别。当发生故障的时候，只有将所有的电源切断，才可以发挥保护作用，这就对工作人员的检修工作造成了较大的难度[5]。

图2 漏电保护装置原理图

2 改良与优化故障保护装置

2.1 短路保护

通过1.1节的研究可知，采煤机电机运用图1所示的连线形式，其极易因设备干扰问题而不能实现短路保护作用。因此，为了改善这一问题，本文设计出了如图3所示的接线图。

图3 改进后采煤电动机接线示意图

由图可知，采煤机电动机的各相在接入335 A的快速熔断器之后，就可以将以上问题加以解决。通过接入熔断器，可利用交流接触器的先、后闭合来完成左、右截割机的启动，而且熔断器并不会因过高的启动电流而出现短路问题。当某个截割电机出现电路短路的故障时，短路电流的实际值通常会远远超出额定值，熔断器发生了瞬间短路现象，从而对截割电机起到了保护效果。这种接线方法并不会对各相电流值进行有效地测量，如果在各相中安装熔断器之后，就可以对短路故障起到保护作用[6]。

2.2 漏电保护

基于1.2节所开展的分析，针对漏电保护装置的各个缺陷提出几点改善措施。

（1）利用霍尔电流传感器来替代检测电路中的电流互感器。霍尔电流传感器主要用于检测磁通量，这个元件可以避免磁场造成的干扰，从而使电测试值具备较高的可靠性和精确性，如图4所示。

图4 霍尔电流传感器电机漏电保护电路示意图

（2）将电路中用于对基准电压进行校验的电阻部件换成TL341，并向其配置准确性较高的电阻。这种操作极大增强了基准电压的准确性及合理性，避免检验工作出现失误。

（3）由于日常所运用的漏电保护装置不能有效地判断出发生漏电的位置，因此，在所有漏电保护电路中添加PLC控制器和继电器。PLC控制器主要是收集漏电信号，并进行分析处理，通过继电器的一系列操作来完成电动机的漏电保护[7]。

（4）为了确保电机形成的反电动势及变频器存在的谐波不会对检测电路造成影响，就必须设置滤波电路，尽可能避免漏电保护装置受到外部因素的影响[8]，从而增强该装置的稳定性，如图5所示。

图5 增设滤波电路后的漏电保护电路

3 结束语

采煤机在改良之后，其电动机短路保护动作的准确性、漏电保护设备的抗干扰性及稳定性均得到了增强，从而使采煤机的性能得到了极大改善。