一種煤礦掘進工作面的應急供電裝置製造方法

2023-09-18 23:14:45

一種煤礦掘進工作面的應急供電裝置製造方法
【專利摘要】一種煤礦掘進工作面的應急供電裝置，屬於礦井供電設備【技術領域】，用於煤礦掘進工作面局部通風機停電時應急供電。其技術方案是：它由應急電源部分和主控制部分組成，應急電源部分包括電池組單元、充電單元、應急控制單元，主控制部分包括變頻單元、監測單元、主控制單元。在發生煤礦掘進工作面局部通風機停電時，應急電源部分的電池組單元通過主控制部分的變頻單元向掘進工作面局部通風機提供應急供電。本實用新型提高了煤礦井下掘進工作面的局部通風的安全可靠性，解決了煤礦掘進工作面因停電造成的停風問題，對有效防止瓦斯積存、避免礦井瓦斯爆炸事故、保證煤礦安全生產意義重大，十分有必要在煤礦井下進行推廣應用。
【專利說明】一種煤礦掘進工作面的應急供電裝置

【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種煤礦掘進工作面局部通風機停電時採用的應急供電裝置，屬於礦井供電設備【技術領域】。

【背景技術】
[0002]安全生產是煤礦生產的非常重要的環節，在煤礦安全規程中對採用局部通風機供風的掘進工作面有特別的規定。首先，採用局部通風機供風的掘進工作面，不得停風；其次，低瓦斯礦井掘進工作面的局部通風機可採用裝有選擇性漏電保護裝置的供電線路供電或與採煤工作面分開供電；第三，瓦斯噴出區域、高瓦斯礦井、煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井中，掘進工作面的局部通風機應採用三專(專用變壓器、專用開關、專用線路)供電。但是在實際工作中，雖然採用了上述措施，由於煤礦井下環境惡劣、潮溼供電線路和設備易受到擠壓、砸碰等不利因素的影響，風機、供電線路、開關等都有可能出現故障，不能完全避免煤礦掘進工作面停電停風現象的發生，一旦停電停風，工作面就有可能積存瓦斯，甚至發生爆炸事故。這種可能性與停電停風的時間長短、煤層瓦斯含量的大小有關。防止事故的最根本的措施是消除瓦斯積存，而消除瓦斯積存最重要的手段是杜絕停電停風，在煤礦掘進工作面停風主要原因是局部通風機停電造成的，因此要保證掘進工作面的供電系統始終能夠提供電力，在一旦發生停電停風時要迅速恢復供電和通風，防止出現瓦斯積存和爆炸事故。
[0003]目前國內外還沒有在煤礦掘進工作面主電源和備用電源均發生故障停止供電時採用應急供電系統的研究和相應設備。為提高掘進工作面供電的可靠性，研究煤礦掘進工作面局部通風機的應急供電裝置是十分必要的。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種煤礦掘進工作面的應急供電裝置，這種應急供電裝置能夠在局部通風機的主電源和備用電源均發生故障停電時及時向局部通風機進行供電，以保證局部通風機正常運轉，防止瓦斯積存，避免發生礦井瓦斯爆炸事故，保證煤礦安全生產。
[0005]解決上述技術問題的技術方案是:
[0006]一種煤礦掘進工作面的應急供電裝置，它由應急電源部分和主控制部分組成；應急電源部分由電池組單元、電池管理單元、充電單元、應急顯示單元、應急電源接入和輸出單元以及應急控制單元組成，應急控制單元與電池管理單元、充電單元、應急顯示單元以及主控制單元通過485總線相連，充電單元與電池組單元通過電源線相連，電池組單元通過應急電源接入和輸出單元與主控制部分相連接；主控制部分由變頻單元、主顯示單元、監測單元、主電源接入和輸出單元以及主控制單元組成,主控制單元與主顯示單元、變頻單元以及應急控制單元通過485總線相連，變頻單元與主電源接入和輸出單元、應急電源部分的應急電源接入和輸出單元通過電源線相連接。
[0007]上述煤礦掘進工作面的應急供電裝置，所述應急電源部分的電池組單元由276個串聯的鋰離子蓄電池組成，電池管理單元由主機、從機組成，從機與電池組單元的電池分別連接，從機的輸出端與主機的輸入端相連接，主機的輸出端與應急控制單元相連接，充電單元為一臺充電機，充電機與電池組單元的電池連接充電，應急顯示單元為顯示屏，應急電源接入和輸出單元有接入電纜和輸出電纜，接入電纜和輸出電纜固定在隔爆箱內，接入電纜與備用三項交流電源相連接，輸出電纜與主控制部分的變頻器的直流側相連接，應急控制單元由可編程序控制器、直流接觸器、交流接觸器、直流斷路器和交流斷路器組成，可編程序控制器與電池管理單元、充電單元、應急顯示單元以及主控制部分相連接，直流接觸器、直流斷路器接在電源輸出端，交流接觸器和交流斷路器接在電源輸入端。
[0008]上述煤礦掘進工作面的應急供電裝置，所述主控制部分的變頻單元為變頻器，變頻器的輸入端與輸入的三相交流電源相連接，變頻器的輸出端與需要供電的外部通風機相連接，主顯示單元為顯示屏，監測單元由電流互感器、電壓互感器以及瓦斯傳感器組成，電流互感器、電壓互感器分別安裝在應急供電裝置的線路中，瓦斯傳感器安裝在現場，電流互感器、電壓互感器以及瓦斯傳感器與主控制單元相連接，主電源接入和輸出單元有接入電纜和輸出電纜，接入電纜和輸出電纜固定在隔爆箱內，接入電纜與備用三項交流電源相連接，輸出電纜與主控制部分的變頻器的交流輸出側相連接，主控制單元由可編程序控制器和I個交流接觸器、I個直流接觸器、I個交流斷路器、一個直流斷路器組成，可編程序控制器與變頻單元、監測單元、主顯示單元以及應急電源部分相連接，交流接觸器和斷路器接在交流電源輸入端，直流接觸器和斷路器接在直流電源輸入端。
[0009]本實用新型的有益效果是:
[0010]本實用新型是一套應急供電裝置，安裝在井下備用風機系統中，當礦井的主電源和備用電源均發生故障時，無論是專用局部風機還是備用風機都將失去供電電源，此時本實用新型將向備用風機供電，保障工作面正常供風，維持工作面風量要求，待電源故障排除恢復供電後，再轉換由常用局部風機供風。
[0011]本實用新型提高了煤礦井下掘進工作面的局部通風的安全可靠性，解決了煤礦掘進工作面因停電造成的停風問題，對有效防止瓦斯積存、避免礦井瓦斯爆炸事故、保證煤礦安全生產意義重大，十分有必要在煤礦井下進行推廣應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的結構方框圖。
[0013]圖中標記如下:電池組單元1、電池管理單元2、充電單元3、應急顯示單元4、應急電源接入和輸出單元5、應急控制單元6、變頻單元7、主顯示單元8、監測單元9、主電源接入和輸出單元10、主控制單元11、外部電源12、外部電機13。

【具體實施方式】
[0014]煤礦井下通風系統一般分為常用通風系統和備用通風系統，兩套系統接兩路不同的電源。其中的一路電源(6KV)取自礦井井下中央變電所母線，通過專用線路向局部通風機啟動器供電，此線路不接其他負荷，組成專用局部風機系統，由此套系統向工作面連續供風，作為常用局部風機。另一路電源來自採區變電所的變壓器，該變壓器為工作面其他生產機械供電，同時用低壓饋電開關引出一路動力電纜向備用局部風機起動器供電，組成備用風機系統。常用風機和備用風機通過供風管路的特殊裝置實現供風系統的切換。常用局部風機與備用局部風機的啟動器之間設有電氣監測和自動投切裝置，當常用局部風機因故障(主要故障是停電)停機時，自動切換裝置監測到故障，自動啟用備用局部風機向工作面供風。
[0015]本實用新型安裝在備用風機系統中，當礦井發生電源停電故障時，無論是專用局部通風機還是備用風機都失去供電電源時，本實用新型自動啟動應急供電裝置向備用風機供電，保障工作面正常供風，維持工作面風量要求，待電源故障排除恢復供電後，再轉換由常用局部風機供風。
[0016]本實用新型由應急電源部分和主控制部分組成。
[0017]應急電源部分由電池組單元1、電池管理單元2、充電單元3、應急顯示單元4、應急電源接入和輸出單元5以及應急控制單元6組成。應急控制單元6與電池管理單元2、充電單元3、應急顯示單元4以及主控制單元11通過485總線相連,充電單元3與電池組單元I通過電源線相連，電池組單元I通過應急電源接入和輸出單元5與主控制部分的變頻單元7的直流側相連。
[0018]電池組單元I由276個串聯的鋰離子蓄電池組成，電壓範圍為690V…1035V。
[0019]電池管理單元2由主機、從機、監測晶片組成，從機主要負責檢測每塊電池的工作狀態(電壓、溫度)，主機採集將這些狀態並將其傳遞給應急控制單元。
[0020]主機由C8051F340、微型繼電器、24V轉5V電源組成。主要負責收集從機所採集的數據，與應急系統的應急控制單元進行通信。
[0021]從機由C8051F340、電壓檢測晶片、溫度檢測晶片、外平衡電路、輸入電壓保護電路、磁隔離器組成，電壓檢測晶片的多個輸入埠分別通過外圍電路組成多個數據通道，相鄰兩個數據通道組成一個採集單體電池電壓的檢測迴路，相鄰兩個數據通道組成的檢測迴路連接一個外平衡電路，輸入電壓保護電路與電壓檢測晶片的一個輸入埠相連接，電壓檢測晶片的兩個輸出埠通過磁隔離器與單片機的數據輸入埠和時鐘輸入埠相連接。溫度晶片的數據引腳直接連接到C8051F340的引腳來採集每個電池的單體溫度。
[0022]備用電源中的電池分成了 23組，每組對應一個從機。從機負責採集對應電池組的單體電壓、單體溫度，並且在充放電過程中對電池進行實時監控，當電池的電壓超過了預先設定的範圍，將對電池進行保護操作。同時還對單體溫度進行實時監控，當溫度超過預先設定的範圍，將對電池進行保護操作。
[0023]充電單元3為一臺充電機，工作電壓為AC660 ± 15%、頻率為50— 一60Hz，輸出電壓為DC750—1040V。充電機能為電池組單元I提供恆壓充電、恆流充電等多種充電方式，同時它還能監測電池組單元I的總電壓並根據設定值與總電壓的關係自動選擇充電方式。
[0024]應急顯示單元4為一塊7寸顯示屏，通過與應急控制單元6的通信將電池管理單元2所採集的電池工作狀態進行顯示，同時外部操作人員可以通過它直接輸入命令來操控整個應急電源系統，實現人機互動。
[0025]應急電源接入和輸出單元5負責將接入電纜和輸出電纜固定在隔爆箱內，其中接入的電源為備用三項交流電，輸出的電源為電池組單元I提供的直流電，並將此直流電輸出到主控制箱內變頻器7的直流側。
[0026]應急控制單元6由西門子S7-200系列可編程序控制器、直流接觸器、直流斷路器、交流接觸器和交流斷路器組成。應急控制單元6中的可編程序控制器負責與電池管理單元2、充電單元3、應急顯示單元4以及主控制部分進行通信，並根據數據的具體情況或者人為輸入的命令來控制充電單元3對電池組單元I的充電情況。直流斷路器和交流斷路器則是在緊急情況下人為對輸出電源、輸入電源進行開合。
[0027]主控制部分由變頻單元7、主顯示單元8、監測單元9、主電源接入和輸出單元10以及主控制單元11組成。主控制單元11與主顯示單元8、變頻單元7以及應急控制單元6通過485總線相連，變頻單元7與主電源接入和輸出單元10、應急電源部分的電池組單元I通過電源線相連。
[0028]變頻單元7為一臺變頻器，主要作用為將輸入的三相交流電通過整流濾波變成直流電，再通過IGBT將直流電變成頻率可調的三項交流電，以此來調節風機的轉速。變頻器的輸出端與需要供電的外部通風機相連接，向通風機的外部電動機13供電。
[0029]主顯示單元8為一塊7寸顯示屏，負責將系統的工作狀態、告警情況、監測單元9所監測的環境情況以及電池組單元I的具體情況進行顯示，並且外部操作人員可以通過它直接輸入命令來操控整個主控制系統，實現人機互動。
[0030]監測單元9由電流互感器、電壓互感器以及瓦斯傳感器組成，負責監測系統的總電流、總電壓以及瓦斯濃度，並將數據傳送給主控制單元11。
[0031]主電源接入和輸出單元10負責將接入電纜和輸出電纜固定在隔爆箱內，其中接入的外部電源12為備用三項交流電，輸出的電源為經過變頻器變頻後為三項交流電。
[0032]主控制單元11由西門子S7-200系列可編程序控制器、I個交流接觸器、I個直流接觸器、I個交流斷路器和I個直流斷路器組成。主控制單元11中的可編程序控制器負責與變頻單元7、監測單元9、主顯示單元8以及應急電源系統進行通信，根據傳送的數據來判斷是否使用備用電源，並且通過控制變頻器的頻率來調節風機的轉速。交流斷路器接到交流電源輸入端，直流斷路器接到直流電源輸入端，在緊急情況下可以人為對輸入交直流電源進行開合。
[0033]本實用新型的工作流程為:當主電源停電時，自動切換裝置監測到故障，自動啟用備用電源，本實用新型開始工作。主控制系統中的主控制單元11開始採集監測單元9的數據，並根據數據調節變頻器輸出的頻率，以滿足通風系統需要的風機轉速。當監測到備用電源也停電時，自動切換到本實用新型來為風機提供電源。
【權利要求】
1.一種煤礦掘進工作面的應急供電裝置，其特徵在於:它由應急電源部分和主控制部分組成；應急電源部分由電池組單元(I)、電池管理單元(2)、充電單元(3)、應急顯示單元(4)、應急電源接入和輸出單元(5)以及應急控制單元(6)組成，應急控制單元(6)與電池管理單元(2)、充電單元(3)、應急顯示單元(4)通過485總線相連,充電單元(3)與電池組單元(I)通過電源線相連，電池組單元(I)通過應急電源接入和輸出單元(5 )與主控制部分相連接；主控制部分由變頻單元(7)、主顯示單元(8)、監測單元(9)、主電源接入和輸出單元(10)以及主控制單元(11)組成,主控制單元(11)與主顯示單元(8)、變頻單元(7)通過485總線相連，變頻單元(7)與主電源接入和輸出單元(10)、應急電源部分的應急電源接入和輸出單元(5)通過電源線相連接。
2.根據權利要求1所述的煤礦掘進工作面的應急供電裝置，其特徵在於:所述應急電源部分的電池組單元(I)由276個串聯的鋰離子蓄電池組成，電池管理單元(2)由主機、從機組成，從機與電池組單元(I)的電池分別連接，從機的輸出端與主機的輸入端相連接，主機的輸出端與應急控制單元(6)相連接，充電單元(3)為一臺充電機，充電機與電池組單元Cl)的電池連接充電，應急顯示單元(4)為顯示屏，應急電源接入和輸出單元(5)有接入電纜和輸出電纜，接入電纜和輸出電纜固定在隔爆箱內，接入電纜與備用三項交流電源相連接，輸出電纜與主控制部分的變頻器的直流側相連接，應急控制單元(6)由可編程序控制器、直流接觸器和交流接觸器組成，可編程序控制器與電池管理單元(2)、充電單元(3)、應急顯示單元(4)以及主控制部分相連接，直流接觸器、直流斷路器接在電源輸出端，交流接觸器和交流斷路器接在電源輸入端。
3.根據權利要求2所述的煤礦掘進工作面的應急供電裝置，其特徵在於:所述主控制部分的變頻單元(7)為變頻器，變頻器的輸入端與輸入的三相交流電源相連接，變頻器的輸出端與需要供電的外部通風機相連接，主顯示單元(8)為顯示屏，監測單元(9)由電流互感器、電壓互感器以及瓦斯傳感器組成，電流互感器、電壓互感器分別安裝在應急供電裝置的線路中，瓦斯傳感器安裝在現場，電流互感器、電壓互感器以及瓦斯傳感器與主控制單元(11)相連接，主電源接入和輸出單元(10)有接入電纜和輸出電纜，接入電纜和輸出電纜固定在隔爆箱內，接入電纜與備用三項交流電源相連接，輸出電纜與主控制部分的變頻器的交流輸出側相連接，主控制單元(11)由可編程序控制器、I個交流接觸器、I個直流接觸器、一個交流斷路器和I個直流斷路器組成，可編程序控制器與變頻單元(7)、監測單元(9)、主顯示單元(8 )以及應急電源部分相連接，交流接觸器和斷路器接在交流電源輸入端，直流接觸器和斷路器接在直流電源輸入端。
【文檔編號】H02J9/00GK204167987SQ201420517287
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】楊永平, 楊春穩, 鮑巖, 高振嶺 申請人:唐山開灤華明電器有限公司