关键词：采煤机;电动机;漏电保护;短路保护;改进
引言
以采煤机电动机为研究对象，分析了其漏电保护装置和短路保护中存在的问题，提出了相应的改进措施，即：为传统电动机的短路保护电路中增加了合适电阻值的熔断器，为传统采煤机电动机漏电保护装置更新了霍尔电流传感器、TL341元件、继电器、PLC控制器以及电筒滤波器等器件。
1采煤机牵引电动机漏电保护电路基本原理
采煤机牵引电动机一般采用附加直流电源法进行漏电保护，如图1所示，电路主要由三相电抗器SK﹑零序电抗器LK﹑电容C0﹑直流电源﹑采样电阻R﹑绝缘电阻R0等组成。直流电源通过三相电抗器组成人为中性点，施加在三相电网与地之间，于是有直流电流从电源的正极流出，经LK﹑SK进入三相电网，再由电网绝缘电阻R0流入采样电阻R回到电源负极。对于稳定的直流电源，电容器C0相当于开路，不会流过电流。此时电网绝缘电阻R0越大，采样电阻R上的电压越小；电网绝缘电阻R0越小，采样电阻R上的电压越大。当采样电阻R上的电压很小时，该电压信号小于比较器的设定电压值，则电动机不漏电，比较器输出低电平，三极管不工作，继电器不动作，保护不执行；当R上电压变大时，该电压信号大于比较器的设定电压值，则电动机漏电，比较器输出高电平，三极管工作，继电器动作，启动保护使电网断电，达到保护电动机的目的。
2常规采煤机故障保护装置存在的问题
2.1电动机短路保护存在的问题
随着综采工作面产煤效率的增大，其截割功率也随之增大，为保证采煤机的安全稳定运行，必须为其配置相应的短路、过载以及欠载等保护措施。目前，采煤机电动机的接线示意所示：工频电流经隔离开关后分为两路分别经交流接触器、电流互感器与采煤机左、右截割电动机相连。此种采煤机电动机连接情况下，采煤机电动机的短路、过载以及欠载的保护均是通过软件测量每相电流值来判断其是否超过标准值，进而根据判断结果做出相应的保护动作。然而，在实际应用中发现对每相电流值的测量存在电流波动现象，影响最终判断结果的准确性。比如，620kW采煤机的额定电流值为130A，当其电流值达到1300A左右时才可判断线路是否出现短路现象。因此，需要为其配置量程为0~1300A的电流变送器。经选型可知，符合上述要求的电流变送器的量程为0~1600A，选用大量程的测量设备本身已经降低了测量的准确性，加之大电流容易对设备造成干扰，造成所测量电流出现波动现象。因此，单纯地依靠软件实现采煤机电动机的短路保护，其准确性无法达到实际要求。
2.2漏电保护装置存在的问题
目前，综采工作面供电系统中性点不接地，此种供电方式即便发生漏电现象也无法被检测出。因此，需为漏电保护装置设置一个独立的接地电源。经调研可知，当前采煤机电动机漏电保护装置的工作方式为附加直流电源式保护，在实际应用中发现，采煤机电动机漏电保护装置常出现烧毁或误动作的情况发生，主要原因如下：1）常规采煤机电动机漏电保护装置中检测电流的元件为电流互感器，该设备由于形式简单容易被外界磁场所干扰，进而影响了所检测到电流值的精度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2）常规采煤机电动机漏电保护装置器所需的电压是由电阻分压所得，由于综采工作面相对恶劣的工作环境，使得分压电阻值发生变化进而影响基准电压值，最终造成了漏电保护装置的误动作。3）常规采煤机电动机漏电保护装置所采用的附加直流电源式保护方式无法精确判断发生漏电现象的位置。当检测到故障时，只能通过切断整个工作面的电源来实现其保护功能，给作业人员的下一步检修增加了难度和复杂性。
3牵引电动机漏电保护电路的改进方案及仿真分析
3.1本解决方案仍采用附加直流电源的方法从电网中另引出线路，线路得到的信号即为采样电阻上的信号，该信号是直流信号和干扰信号的叠加信号，因为中性点处的电压频率与变频器的输出频率是相同的，所以该干扰信号是与交流变频器输出频率相同的交流电压信号。此叠加信号，在某一时间段内幅值较大时，足以使判断电路认为已经产生漏电，从而产生误动；线路得到的信号不含直流分量，完全是与交流变频器输出频率相同的交流电压信号。两信号通过一个减法装置，抵消变频器产生的交流干扰分量，保留直流分量，进而降低误动率。当电动机工作正常时，采样电阻上的直流电压信号微弱，此时线路1、线路2中都存在变频器产生的干扰信号，该干扰信号输入到减法装置中，经过减法装置将干扰信号抵消，输出仍是直流微弱电压信号，该电压信号与比较器中的设定电压值比较后输出低电平，保护不动作。当电动机发生漏电故障时，采样电阻上的直流分量信号变大，线路1和线路2通过减法器滤除交流干扰信号得到直流分量信号，与比较器中的设定电压值比较，判断为漏电后输出高电平，使继电器动作断开主回路。在仿真图中P点波形即是采样电阻R上的信号波形，它与网络中性点处实际测得的电压波形相符，证明该信号是交变电压信号与直流电压信号的叠加波形。Q点的信号也与理论信号相符，不含有直流成分，是与交流变频器输出频率相同的交流电压信号，两输入信号经过减法装置后输出了直流电压信号，达到了减法装置抵消交流干扰分量保留直流分量的目的。
3.2短路保护的改进
采煤机电动机连线由于检测电流装置易受干扰导致无法精确实现其短路保护功能。故，在常规采煤机电动机接线的基础上，采煤机电动机每相中接入335A的快速熔断器，它能够有效解决上述问题。熔断器的接入可以通过先后闭合交流接触器实现对电动机左右截割电机的先后启动，而不会由于其5~7倍的启动电流而导致熔断器短路。当某一截割电动机的电路出现短路现象时，由于其短路电流为额定电流的8~10倍，熔断器为瞬间断路，从而对截割电动机实现了保护功能。此种电动机接线不需对每相中的电流值进行测量，只需在每相中增设合适的熔断器即可实现对电动机的断路保护功能。
结语
由于常规采煤机电动机的漏电保护装置无法精确定位出现漏电现象的位置，为此，在每个采煤机漏电保护电路中增加继电器和PLC控制器，PLC控制器负责采集电动机的漏电信号，并经分析处理后，由控制继电器的动作实现对采煤机电动机的漏电保护。为了避免由于电动机反电动势和变频器产生的谐波会对电路中的检测电路造成干扰，故需在电路中增设滤波电路，以减少外界对漏电保护电路的干扰，进而保证了采煤机电动机漏电保护装置的可靠性和稳定性。改进后的采煤机电动机短路保护的精确性和漏电保护装置的抗干扰能力和可靠性得到了提升，为进一步提升采煤机的性能奠定了基础。
参考文献
[1]武予鲁.电动机及其综合保护装置的工作原理与使用［M］.北京：煤炭工业出版社，2004.
[2]陈国呈.PWM变频调速及软开关电力变换技术［M］.北京：机械工业出版社，2001.
[3]杜军.采煤机电动机转子故障诊断分析[J].矿业装备，2016（7）：60-61.
论文作者:李华强
论文发表刊物:《城镇建设》2019年2卷17期
论文发表时间:2019/12/2
标签：电动机论文; 信号论文; 电压论文; 采煤机论文; 保护装置论文; 电流论文; 电阻论文; 《城镇建设》2019年2卷17期论文;