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[摘 要]井下直流架线系统是煤矿生产运输之中的重要一环， 担负着井下物料、人员运送的重要任务，是保证矿井安全生产的关键环节。煤矿井下直流架线设备对保证矿井正常生产起着重要的作用。随着煤炭行业高产高效的发展，井下直流架线系统的安全运行问题更成为制约生产的关键因素。应用现代化工业控制技术和检测装置， 通过对老式直流开关柜、电机车、整流变压器等设备的升级改造，实现了井下直流架线系统的实时系统绝缘状况检测功能及漏电保护功能，大大降低了人身触电伤亡率和漏电引起的其它事故的发生，是矿井安全运行的重要保障，系统的远程操作、控制、监测、检测功能构成了综合自动化建设的重要组成部分，自动化程度较高。
[关键词]直流架线机车 漏电保护 附加直流脉冲电源
中图分类号：TD641 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0278-02
一、引言
当前，直流架线机车在我国煤矿、金属矿山井上井下大量应用，尤其在低瓦斯矿井应用更是普遍。但是，由于直流架线系统漏电保护技术不成熟，大部分直流架线系统没有漏电保护功能。尽管这些年来，对于直流架线系统采取了严格的措施保障安全，但是每年都有因为直流架线触电死亡的事故发生。基于上述问题，在查阅大量文献及相关调研的基础上，我们针对我矿直流架线系统的现状，提出了基于附加直流脉冲电源的直流架线系统漏电保护装置，于2012年年底，在我矿-250中央变电所安装了2套带远程操作与控制的直流架线系统，通过一年左右时间的运行观察，设备运行平稳，安全可靠。在此期间，进行了大量的现场试验。证明了基于附加直流脉冲电源的直流架线系统漏电保护原理的正确性和装置的安全可靠性。
二、系统现状
我矿-250中央变电所于1997年投入运行，它负责我矿下组煤东西大巷各采掘工作面及供风系统提供高低压供电，并安装有青岛整流器厂于1978年6月生产的GTA-200/600型直流开关柜2台，为-250水平东西大巷电机车架线提供直流电源。
其原理为通过柜内的主变压器将660伏的系统电压变换为480伏交流电压，再经18个硅整流二极管组成的并联三组三相桥式整流电路，将交流电压整流成600伏的直流电压。其保护回路是由DL型电流继电器和JS型时间继电器以及DW10型空气断路器构成的过载和过流保护。2007年，我区组织相关人员对其进行了真空化改造，将属于国家安全监督管理总局发布《禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录（第一批）》内需淘汰的产品DW10型空气断路器更换为真空断路器。
系统存在的缺点：
（1）虽进行了一定的改造，但直流开关柜整体设备陈旧，技术落后。
（2）随着使用年限的不断增加，设备老化程度加大，故障率较高，维修量大，能耗高。
（3）直流开关柜的操作全部由人工就地操作完成，技术落后，不能满足我矿自动化矿井建设的要求。
（4）系统保护功能单一，动作可靠度较低，易发生误动作。
（5）无漏电保护功能，当发生人身触电时，不能切断电源，造成人员伤亡。
（6）无实时监测功能，不能对系统实时变化的电压、电流进行监测。
（7）保护整定操作复杂，无故障记录。
（8）不能满足现代化矿井的需要，达不到远程控制无人值守、减人提效的要求。
三、系统简介
我们调研了国内现有直流架线方面的有关技术根据我矿实际情况，，-250中央变电所设计安装了2台DXKL-200/550型直流架线系统开关柜；选用PLC控制器，对2台直流开关柜实施自动控制及运行参数自动检测，动态显示，并将数据传达到地面监控中心，进行实时监测，控制及报警显示。
该PLC具有运行可靠、操作方便、自动化程度高等特点，并可节省运行费用，达到减轻劳动强度及减员增效的目的。
主要改造工程量：
*所内设备改造
1）、撤除原有开关柜（GTA-200/600）2台。
2）、开关柜电缆沟打设，基础固定。
3）、安装DXKL-200/550型直流架线系统开关柜2台。
*2、电机车设备改造
1）、在运搬区的变频电机车内安装远端控制器。
四、设计目标
1）、满足《煤矿安全规程》的有关要求；
2）、直流开关柜具备短路、过负荷、漏电保护；
3）、控制系统选用PLC控制器，对直流开关柜实施自动控制及运行参数自动检测，动态显示，并将数据传至地面监控中心，进行实时监测，控制及报警显示等。
五、设计引用标准及原则
1）、设计引用标准
（1）《煤矿监控系统总体设计规范》
（2）《煤炭工业矿井设计规范》
（3）《煤矿安全规程》2009版
（4）《矿用一般型电气设备》GB/T12173-2008
（5）《煤矿直流架线系统用整流电源》Q/WQTJT001—2009
（6）《“九五”期间煤炭工业电子信息发展规划纲要》
（7）《电站电气部分集中控制装置通用技术条件》GB11920-98
（8）《可编程仪器的数字接口》ANSI488
2）、设计原则
系统设计以系统安全、可靠、先进为原则，系统实现在安全生产指挥监控中心对井下直流架线系统进行网络监视和控制。
（1）以《煤矿安全规程》和现场条件为基础；遵循“五高”建设方针，即高起点、高技术、高质量、高效率、高效益，突出效益优先的原则。
（2）技术先进，可靠性高，扩展与升级容易，具有故障自诊断功能，做到够用、适用、好用、易扩展； （3）充分利用现有资源，在技术先进的基础上，做到经济实用；
（4）网络通讯功能强大，易与其它系统集成，最终实现远程控制，达到无人值守。
六、主要技术内容
1、三相可控硅全波整流电路工作原理分析
*三相可控硅全波整流电路
三相全控桥整流电路，如图1所示，图中三个桥臂均采用可控硅，其中V1、V3、V5阴极连接在一起，阳极分别接于A、B、C三相交流电源，构成共阴极组连接，V2、V4、V6阳极连接在一起，阴极分别接于A、B、C三相交流电源，构成共阳极组连接。根据可控硅的特性，在触发角α=0时，V1、V3、V5构成的共阴极组中，只有阳极电压最高的那一相可控硅导通，其余可控硅受到反向电压而截止。同理，共阳极组连接的V2、V4、V6，只有阴极电压最低的可控硅那一相导通，其余可控硅承受反向电压而截止。
六个可控硅均为自然换相（流）导通，即六个可控硅每个周期（区间为2π）自然转换六次：共阴极组自然转换三次，自然换相点分别为ωt1、ωt3、ωt5；共阳极组自然转换三次，自然换相点分别为ωt2、ωt4、ωt6；
七、创新点：
1）、国内首创直流架线系统漏电保护功能；
2）、采用微控制器控制，供电和漏电一体化控制；
3）、漏电保护动作值连续可调；
4）、漏电保护时间短，大大降低人体触电后的伤亡率；
5）、丰富的人机操作画面，通过键盘和液晶显示更改参数，保存10条最近的漏电及过流故障信息；
6）、实时系统绝缘状况检测功能；
7）、利用工业以太网作为监控系统的主干网，实现设备的实施控制及信号采集；
8）、由地面工控机和组态软件组成，用来实现直流架线系统的地面监控与数据上传功能。
9）、首次实现了直流架线系统的“四遥”功能，即遥控、遥测、遥感和遥信。
参考文献
[1]孔繁伟，马培赛。大中型矿井供电系统中存在的问题及解决思路。中州煤炭，2004（5）。
[2]刘延绪。煤矿井下直流架线电网漏电保护的研究。中国矿业大学，1995（7）。
[3]王瑞年，刘延绪。煤矿井下直流架线电网漏电保护的数学模型。煤炭学报，1995（3）。
[关键词]直流架线机车 漏电保护 附加直流脉冲电源
中图分类号：TD641 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0278-02
一、引言
当前，直流架线机车在我国煤矿、金属矿山井上井下大量应用，尤其在低瓦斯矿井应用更是普遍。但是，由于直流架线系统漏电保护技术不成熟，大部分直流架线系统没有漏电保护功能。尽管这些年来，对于直流架线系统采取了严格的措施保障安全，但是每年都有因为直流架线触电死亡的事故发生。基于上述问题，在查阅大量文献及相关调研的基础上，我们针对我矿直流架线系统的现状，提出了基于附加直流脉冲电源的直流架线系统漏电保护装置，于2012年年底，在我矿-250中央变电所安装了2套带远程操作与控制的直流架线系统，通过一年左右时间的运行观察，设备运行平稳，安全可靠。在此期间，进行了大量的现场试验。证明了基于附加直流脉冲电源的直流架线系统漏电保护原理的正确性和装置的安全可靠性。
二、系统现状
我矿-250中央变电所于1997年投入运行，它负责我矿下组煤东西大巷各采掘工作面及供风系统提供高低压供电，并安装有青岛整流器厂于1978年6月生产的GTA-200/600型直流开关柜2台，为-250水平东西大巷电机车架线提供直流电源。
其原理为通过柜内的主变压器将660伏的系统电压变换为480伏交流电压，再经18个硅整流二极管组成的并联三组三相桥式整流电路，将交流电压整流成600伏的直流电压。其保护回路是由DL型电流继电器和JS型时间继电器以及DW10型空气断路器构成的过载和过流保护。2007年，我区组织相关人员对其进行了真空化改造，将属于国家安全监督管理总局发布《禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录（第一批）》内需淘汰的产品DW10型空气断路器更换为真空断路器。
系统存在的缺点：
（1）虽进行了一定的改造，但直流开关柜整体设备陈旧，技术落后。
（2）随着使用年限的不断增加，设备老化程度加大，故障率较高，维修量大，能耗高。
（3）直流开关柜的操作全部由人工就地操作完成，技术落后，不能满足我矿自动化矿井建设的要求。
（4）系统保护功能单一，动作可靠度较低，易发生误动作。
（5）无漏电保护功能，当发生人身触电时，不能切断电源，造成人员伤亡。
（6）无实时监测功能，不能对系统实时变化的电压、电流进行监测。
（7）保护整定操作复杂，无故障记录。
（8）不能满足现代化矿井的需要，达不到远程控制无人值守、减人提效的要求。
三、系统简介
我们调研了国内现有直流架线方面的有关技术根据我矿实际情况，，-250中央变电所设计安装了2台DXKL-200/550型直流架线系统开关柜；选用PLC控制器，对2台直流开关柜实施自动控制及运行参数自动检测，动态显示，并将数据传达到地面监控中心，进行实时监测，控制及报警显示。
该PLC具有运行可靠、操作方便、自动化程度高等特点，并可节省运行费用，达到减轻劳动强度及减员增效的目的。
主要改造工程量：
*所内设备改造
1）、撤除原有开关柜（GTA-200/600）2台。
2）、开关柜电缆沟打设，基础固定。
3）、安装DXKL-200/550型直流架线系统开关柜2台。
*2、电机车设备改造
1）、在运搬区的变频电机车内安装远端控制器。
四、设计目标
1）、满足《煤矿安全规程》的有关要求；
2）、直流开关柜具备短路、过负荷、漏电保护；
3）、控制系统选用PLC控制器，对直流开关柜实施自动控制及运行参数自动检测，动态显示，并将数据传至地面监控中心，进行实时监测，控制及报警显示等。
五、设计引用标准及原则
1）、设计引用标准
（1）《煤矿监控系统总体设计规范》
（2）《煤炭工业矿井设计规范》
（3）《煤矿安全规程》2009版
（4）《矿用一般型电气设备》GB/T12173-2008
（5）《煤矿直流架线系统用整流电源》Q/WQTJT001—2009
（6）《“九五”期间煤炭工业电子信息发展规划纲要》
（7）《电站电气部分集中控制装置通用技术条件》GB11920-98
（8）《可编程仪器的数字接口》ANSI488
2）、设计原则
系统设计以系统安全、可靠、先进为原则，系统实现在安全生产指挥监控中心对井下直流架线系统进行网络监视和控制。
（1）以《煤矿安全规程》和现场条件为基础；遵循“五高”建设方针，即高起点、高技术、高质量、高效率、高效益，突出效益优先的原则。
（2）技术先进，可靠性高，扩展与升级容易，具有故障自诊断功能，做到够用、适用、好用、易扩展； （3）充分利用现有资源，在技术先进的基础上，做到经济实用；
（4）网络通讯功能强大，易与其它系统集成，最终实现远程控制，达到无人值守。
六、主要技术内容
1、三相可控硅全波整流电路工作原理分析
*三相可控硅全波整流电路
三相全控桥整流电路，如图1所示，图中三个桥臂均采用可控硅，其中V1、V3、V5阴极连接在一起，阳极分别接于A、B、C三相交流电源，构成共阴极组连接，V2、V4、V6阳极连接在一起，阴极分别接于A、B、C三相交流电源，构成共阳极组连接。根据可控硅的特性，在触发角α=0时，V1、V3、V5构成的共阴极组中，只有阳极电压最高的那一相可控硅导通，其余可控硅受到反向电压而截止。同理，共阳极组连接的V2、V4、V6，只有阴极电压最低的可控硅那一相导通，其余可控硅承受反向电压而截止。
六个可控硅均为自然换相（流）导通，即六个可控硅每个周期（区间为2π）自然转换六次：共阴极组自然转换三次，自然换相点分别为ωt1、ωt3、ωt5；共阳极组自然转换三次，自然换相点分别为ωt2、ωt4、ωt6；
七、创新点：
1）、国内首创直流架线系统漏电保护功能；
2）、采用微控制器控制，供电和漏电一体化控制；
3）、漏电保护动作值连续可调；
4）、漏电保护时间短，大大降低人体触电后的伤亡率；
5）、丰富的人机操作画面，通过键盘和液晶显示更改参数，保存10条最近的漏电及过流故障信息；
6）、实时系统绝缘状况检测功能；
7）、利用工业以太网作为监控系统的主干网，实现设备的实施控制及信号采集；
8）、由地面工控机和组态软件组成，用来实现直流架线系统的地面监控与数据上传功能。
9）、首次实现了直流架线系统的“四遥”功能，即遥控、遥测、遥感和遥信。
参考文献
[1]孔繁伟，马培赛。大中型矿井供电系统中存在的问题及解决思路。中州煤炭，2004（5）。
[2]刘延绪。煤矿井下直流架线电网漏电保护的研究。中国矿业大学，1995（7）。
[3]王瑞年，刘延绪。煤矿井下直流架线电网漏电保护的数学模型。煤炭学报，1995（3）。