主排水泵控制开关电流保护设计及应用(1).pdf

主排水泵控制开关电流保护设计及应用 李 佳 山西潞安矿业有限责任公司漳村煤矿， 山 西 长 治046000 摘 要 为切实保护主排水果的可靠运行， 减少因人为操作失误而造成的水泵损坏。结合实际案例， 分析水泵 损坏的原因， 从水泵控制开关着手， 区别于传统的三段式电流保护， 在开关原有综合保护的基础上， 增加设计 了低电流保护及时限控制， 切实防止水泵空转时， 能准确切断电源， 保 护 水 泵 ， 从而满足煤矿不同型号、 不同功 率的水泵电机的需求， 且为主排水系统实现远程控制提供一个参考方向。 关键词 主排 水 泵 电 流 保 护 控 制 自 动 化 中图分类号TD744;TP273 文献标识码A 文章编号 1003-773X 2020108-0187-02 总第208期 机械管理开发 Total 208 2020 年第8 期____________________MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT_______________________No.8, 2020 实践与应用 D0110.16525/l4-1134/th.2020.08.080 引言 煤矿安全规程 规定， 在煤矿井筒开凿到底后， 应当先施工永久排水系统。水害作为煤矿的灾害之 一 ， 在采区施工前， 必须先建立排水系统， 而主排水 栗作为排水系统的核心设备，在设计和运行中有着 严格的要求。 煤矿中主排水栗一般使用多级离心泵， 除正常运行的损耗外，水泵空转是对水泵本身伤害 最大的因素，而造成水泵空转最大的原因是人为因 素。在水泵运行期间， 水泵司机巡查不到位,未巡查 水仓水位和电流，但水栗本身又没有防止水栗空转 的设施和保护， 就很容易造成水泵空转， 严重情况导 致水栗烧坏。水栗的控制开关主要保护的是水泵电 机和人身安全,其主要保护有 短路、 过流、 过载、 漏 电。 在主排水泵的整个保护中,没有防止水泵空转的 保护和设施， 主要是靠水泵司机的巡査、 观察水位或 电流值等来启停水泵。所以需要针对主排水泵空转 进行保护设计，这样在主排水泵空转时，能及时断 电， 继而防止水泵烧坏,提升主排水系统的可靠性。 1主排水泵的重要性 主排水栗作为煤矿的五大件之一，属于煤矿一 类负荷，它的正常运行关系着矿工的生命安全和煤 矿的经济财产、 正常生产， 对矿井的作用至关重要。 主排水泵在空转情况， 对水栗的损害是致命的， 如何 避免水栗空转， 减少损害， 从控制开关的保护着手， 从源头进行控制。 在此次的论文设计过程中，主要针对主排水泵 空转时控制开关的保护动作，分析研究主排水泵的 电流运行变化，在控制开关原有的保护器上进行研 究设计的低电流保护a 收稿日期 2020-06-12 作者简介 李佳（ 1986 ， 男 ， 本 科 ， 毕业于华北科技学院机 械 设 计 制 造 及其自动 化 专 业 ， 助 理 工 程 师 ， 山西潞安集团漳 村煤矿机电队副队长， 研究方向为机电。 2事故经过 漳村煤矿中央泵房共有7 台主排水泵，主排水 泵房供电回路控制开关为BGP50-6型高压真空配 电装置，开关保护器为ZBT-11型高开综合保护器。 某中央泵房主排水泵型号为MD280-65*7型多级耐 磨离心泵，使用电机为YB2-4504-4型隔爆三相异 步电动机， 额定功率710 kW,额定电压6 kV,额定电 流 83.1 A，水栗额定排量280 m3 /h，额定扬程455 m， 必须气蚀余量3.7 m。2015年 7 月， 某中央泵房值班 员在零点班值班期间， 巡查水仓水位升起来后， 正常 启 动 6 号水泵， 运行电流62 A。水泵运行期间， 值班 员疏忽大意， 未按规定每小时巡查一次， 未能及时发 现水仓水位下降， 运行电流低于50 A,造成巡查不到 位 ， 水泵空转达半个小时， 导致水泵损坏， 造成重大 经济损失[ 1 _ 2]。 3控制开关保护器的主要保护功能 如下页图1所示为保护器硬件原理框架图。 主排水泵高压控制开关的保护主要有短路保 护 、 定值限过流保护、 过载保护、 漏电保护、 低欠） 电 压保护、 过电压保护、 零序过压保护等。 一般的高压开关电流保护为三段式电流保护， 包括短路保护、 过流保护、 过载保护， 主要是用于保 护电机不被大电流烧坏， 没有低电流保护。 而主排水 泵在空转情况下， 电流远低于电机的额定电流， 不会 损坏电机,但长时间的空转会烧坏水泵， 且控制开关 的保护不会动作。 4电流保护的设计及应用 本次电流保护的设计是基于ZBT-11型高开综 合保护器，保护器采用32位高性能嵌入式处理器 ARM作为CPU,程序存储采用FLASH存储器。采用 模块化的程序设计、嵌人式实时多任务操作系统的 软件平台， 能灵活增减功能模块。 在主程序中写人低电流跳闸程序， 电流整定二 188. 机械管理开发 jxglkfbjb 第3 5卷 保护插件 I R S485 I I R S485 I 电源插件 后备电源 交流接口 交流接a 扦部开N 图 1保 护 器 硬 件 原 理 框 架 图 次侧电流值）的范围为〇.〇1〜99.99 A, 电流时限 0.01 99.99 s。程序编程完成后，将程序存储到 FLASH存储器。对于需要使用低电流保护的设备， 只需把开关内保护器的存储器进行更换，不需更换 整个保护器， 节约成本的同时， 又快捷便利， 能够满 足不同型号、 不同功率的电机的需要。 5应用效果 漳村煤矿泵房主排水泵运行时电流值在5280 A 之间， 排水电流值低于50 A时 ， 主排水栗为空转， 高 于 80 A时 ， 为过流故障。 将设计好的存有低电流保护的存储器更换到1 号泵控制开关的保护器中，设置低电流值52 A， 低 电流延时20 s。正常启动1 号水泵， 电流65 A， 排水 管路的流量计的实时流量为295 m3 /h, 观察水泵电 流运行值,在水位降到低水位时， 电流降到60 A,并 逐步下降，主排水管路的流量计的实时流量逐步降 低 ， 当实时流量为190 mVh， 开关电流52 A,开关保 护动作。 使用低电流保护后，将水栗运行电流设置在规 定运行上限和下限范围内，不管运行的电流过高还 是过低， 都能及时动作， 保护灵敏可靠， 能更保证水 泵及电机安全的运行[M]。 归纳使用低电流保护的效果有安装低电流保 护后， 在水栗空转试验中， 开关能及时动作跳闸， 保 护水泵;从根本上杜绝了水泵空转故障， 减少人为因 素 、 管路故障等原因造成水栗空转而损坏水泵， 减少 经济损失。 6结语 随着科技的进步，煤矿控制系统越来越自动化 智能化， 主排水系统在向自动化方向逐步升级， 主排 水泵房也在逐步由有人值守转变为无人值守，实现 远程控制。同时， 随着环保意识的增加， 矿井污水处 理逐步实现规范化、 井下现场化， 主排水系统实现清 水排放，对主排水系统实现远程控制是一个很大的 推进。 在主排水系统的自动化控制中， 控制开关的低 电流保护也会起到重要作用。 参考文献 [ 1 ] 杨立峰.浅论三相异步电动机的空载电流[J].山东煤炭科技, 20155 58. [ 2 ] 赵家礼.电动机修理手册[M].北京机械丁业出版社， 1995. [ 3 ] 徐霁宇.浅谈主排水泵在煤矿中的重要性[J].煤 ， 20HKS1 110. [ 4 ] 张运波， 刘淑荣.工厂电气控制技术[M].北京高等教育出版社， 2006. 编辑 贾娟 Design and Application of Switching Current Protection for Main Pump Control Li Jia Shanxi Lu“an Mining Co., Ltd. Zhangcun Coal Mine, Changzhi Shanxi 046000 Abstract In order to protect the reliable operation of the main drainage pump, reduce the damage caused by human error, according to the actual case, the paper analyzes the causes of water pump damage, starting from the pump control switch, different from the traditional three-stage current protection, on the basis of the original comprehensive protection of the switch, the design of low-current protection timely limit control, effectively prevent the pump idling, can accurately cut off the power supply, protect the pump, so as to meet the needs of different types of coal mine, different power pump motor, and the main drainage system to achieve remote control provides a reference direction. Key words main discharge pump; current; protection; control; automation 操作控制