一種煤礦掘進(jìn)工作面的應(yīng)急供電裝置制造方法
【專利摘要】一種煤礦掘進(jìn)工作面的應(yīng)急供電裝置，屬于礦井供電設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，用于煤礦掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)停電時(shí)應(yīng)急供電。其技術(shù)方案是：它由應(yīng)急電源部分和主控制部分組成，應(yīng)急電源部分包括電池組單元、充電單元、應(yīng)急控制單元，主控制部分包括變頻單元、監(jiān)測單元、主控制單元。在發(fā)生煤礦掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)停電時(shí)，應(yīng)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(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)提供應(yīng)急供電。本實(shí)用新型提高了煤礦井下掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)的安全可靠性，解決了煤礦掘進(jìn)工作面因停電造成的停風(fēng)問題，對(duì)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(chǎn)意義重大，十分有必要在煤礦井下進(jìn)行推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種煤礦掘進(jìn)工作面的應(yīng)急供電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種煤礦掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)停電時(shí)采用的應(yīng)急供電裝置，屬于礦井供電設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]安全生產(chǎn)是煤礦生產(chǎn)的非常重要的環(huán)節(jié)，在煤礦安全規(guī)程中對(duì)采用局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)的掘進(jìn)工作面有特別的規(guī)定。首先，采用局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)的掘進(jìn)工作面，不得停風(fēng)；其次，低瓦斯礦井掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)可采用裝有選擇性漏電保護(hù)裝置的供電線路供電或與采煤工作面分開供電；第三，瓦斯噴出區(qū)域、高瓦斯礦井、煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井中，掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)采用三專(專用變壓器、專用開關(guān)、專用線路)供電。但是在實(shí)際工作中，雖然采用了上述措施，由于煤礦井下環(huán)境惡劣、潮濕供電線路和設(shè)備易受到擠壓、砸碰等不利因素的影響，風(fēng)機(jī)、供電線路、開關(guān)等都有可能出現(xiàn)故障，不能完全避免煤礦掘進(jìn)工作面停電停風(fēng)現(xiàn)象的發(fā)生，一旦停電停風(fēng)，工作面就有可能積存瓦斯，甚至發(fā)生爆炸事故。這種可能性與停電停風(fēng)的時(shí)間長短、煤層瓦斯含量的大小有關(guān)。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(fēng)，在煤礦掘進(jìn)工作面停風(fēng)主要原因是局部通風(fēng)機(jī)停電造成的，因此要保證掘進(jìn)工作面的供電系統(tǒng)始終能夠提供電力，在一旦發(fā)生停電停風(fēng)時(shí)要迅速恢復(fù)供電和通風(fēng)，防止出現(xiàn)瓦斯積存和爆炸事故。
[0003]目前國內(nèi)外還沒有在煤礦掘進(jìn)工作面主電源和備用電源均發(fā)生故障停止供電時(shí)采用應(yīng)急供電系統(tǒng)的研究和相應(yīng)設(shè)備。為提高掘進(jìn)工作面供電的可靠性，研究煤礦掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)的應(yīng)急供電裝置是十分必要的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種煤礦掘進(jìn)工作面的應(yīng)急供電裝置，這種應(yīng)急供電裝置能夠在局部通風(fēng)機(jī)的主電源和備用電源均發(fā)生故障停電時(shí)及時(shí)向局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行供電，以保證局部通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止瓦斯積存，避免發(fā)生礦井瓦斯爆炸事故，保證煤礦安全生產(chǎn)。
[0005]解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
[0006]一種煤礦掘進(jìn)工作面的應(yīng)急供電裝置，它由應(yīng)急電源部分和主控制部分組成；應(yīng)急電源部分由電池組單元、電池管理單元、充電單元、應(yīng)急顯示單元、應(yīng)急電源接入和輸出單元以及應(yīng)急控制單元組成，應(yīng)急控制單元與電池管理單元、充電單元、應(yīng)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(yīng)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(jiān)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(yīng)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(yīng)急電源部分的應(yīng)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(jìn)工作面的應(yīng)急供電裝置，所述應(yīng)急電源部分的電池組單元由276個(gè)串聯(lián)的鋰離子蓄電池組成，電池管理單元由主機(jī)、從機(jī)組成，從機(jī)與電池組單元的電池分別連接，從機(jī)的輸出端與主機(jī)的輸入端相連接，主機(jī)的輸出端與應(yīng)急控制單元相連接，充電單元為一臺(tái)充電機(jī)，充電機(jī)與電池組單元的電池連接充電，應(yīng)急顯示單元為顯示屏，應(yīng)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(nèi)，接入電纜與備用三項(xiàng)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(cè)相連接，應(yīng)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(yīng)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(jìn)工作面的應(yīng)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(fēng)機(jī)相連接，主顯示單元為顯示屏，監(jiān)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(yīng)急供電裝置的線路中，瓦斯傳感器安裝在現(xiàn)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(nèi)，接入電纜與備用三項(xiàng)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(cè)相連接，主控制單元由可編程序控制器和I個(gè)交流接觸器、I個(gè)直流接觸器、I個(gè)交流斷路器、一個(gè)直流斷路器組成，可編程序控制器與變頻單元、監(jiān)測單元、主顯示單元以及應(yīng)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(shí)用新型的有益效果是:
[0010]本實(shí)用新型是一套應(yīng)急供電裝置，安裝在井下備用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)V井的主電源和備用電源均發(fā)生故障時(shí)，無論是專用局部風(fēng)機(jī)還是備用風(fēng)機(jī)都將失去供電電源，此時(shí)本實(shí)用新型將向備用風(fēng)機(jī)供電，保障工作面正常供風(fēng)，維持工作面風(fēng)量要求，待電源故障排除恢復(fù)供電后，再轉(zhuǎn)換由常用局部風(fēng)機(jī)供風(fēng)。
[0011]本實(shí)用新型提高了煤礦井下掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)的安全可靠性，解決了煤礦掘進(jìn)工作面因停電造成的停風(fēng)問題，對(duì)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(chǎn)意義重大，十分有必要在煤礦井下進(jìn)行推廣應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0013]圖中標(biāo)記如下:電池組單元1、電池管理單元2、充電單元3、應(yīng)急顯示單元4、應(yīng)急電源接入和輸出單元5、應(yīng)急控制單元6、變頻單元7、主顯示單元8、監(jiān)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(jī)13。
【具體實(shí)施方式】
[0014]煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)一般分為常用通風(fēng)系統(tǒng)和備用通風(fēng)系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)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(fēng)機(jī)啟動(dòng)器供電，此線路不接其他負(fù)荷，組成專用局部風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，由此套系統(tǒng)向工作面連續(xù)供風(fēng)，作為常用局部風(fēng)機(jī)。另一路電源來自采區(qū)變電所的變壓器，該變壓器為工作面其他生產(chǎn)機(jī)械供電，同時(shí)用低壓饋電開關(guān)引出一路動(dòng)力電纜向備用局部風(fēng)機(jī)起動(dòng)器供電，組成備用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。常用風(fēng)機(jī)和備用風(fēng)機(jī)通過供風(fēng)管路的特殊裝置實(shí)現(xiàn)供風(fēng)系統(tǒng)的切換。常用局部風(fēng)機(jī)與備用局部風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)器之間設(shè)有電氣監(jiān)測和自動(dòng)投切裝置，當(dāng)常用局部風(fēng)機(jī)因故障(主要故障是停電)停機(jī)時(shí)，自動(dòng)切換裝置監(jiān)測到故障，自動(dòng)啟用備用局部風(fēng)機(jī)向工作面供風(fēng)。
[0015]本實(shí)用新型安裝在備用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)V井發(fā)生電源停電故障時(shí)，無論是專用局部通風(fēng)機(jī)還是備用風(fēng)機(jī)都失去供電電源時(shí)，本實(shí)用新型自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急供電裝置向備用風(fēng)機(jī)供電，保障工作面正常供風(fēng)，維持工作面風(fēng)量要求，待電源故障排除恢復(fù)供電后，再轉(zhuǎn)換由常用局部風(fēng)機(jī)供風(fēng)。
[0016]本實(shí)用新型由應(yīng)急電源部分和主控制部分組成。
[0017]應(yīng)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(yīng)急顯示單元4、應(yīng)急電源接入和輸出單元5以及應(yīng)急控制單元6組成。應(yīng)急控制單元6與電池管理單元2、充電單元3、應(yīng)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(yīng)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(cè)相連。
[0018]電池組單元I由276個(gè)串聯(lián)的鋰離子蓄電池組成，電壓范圍為690V…1035V。
[0019]電池管理單元2由主機(jī)、從機(jī)、監(jiān)測芯片組成，從機(jī)主要負(fù)責(zé)檢測每塊電池的工作狀態(tài)(電壓、溫度)，主機(jī)采集將這些狀態(tài)并將其傳遞給應(yīng)急控制單元。
[0020]主機(jī)由C8051F340、微型繼電器、24V轉(zhuǎn)5V電源組成。主要負(fù)責(zé)收集從機(jī)所采集的數(shù)據(jù)，與應(yīng)急系統(tǒng)的應(yīng)急控制單元進(jìn)行通信。
[0021]從機(jī)由C8051F340、電壓檢測芯片、溫度檢測芯片、外平衡電路、輸入電壓保護(hù)電路、磁隔離器組成，電壓檢測芯片的多個(gè)輸入端口分別通過外圍電路組成多個(gè)數(shù)據(jù)通道，相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)通道組成一個(gè)采集單體電池電壓的檢測回路，相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)通道組成的檢測回路連接一個(gè)外平衡電路，輸入電壓保護(hù)電路與電壓檢測芯片的一個(gè)輸入端口相連接，電壓檢測芯片的兩個(gè)輸出端口通過磁隔離器與單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸入端口和時(shí)鐘輸入端口相連接。溫度芯片的數(shù)據(jù)引腳直接連接到C8051F340的引腳來采集每個(gè)電池的單體溫度。
[0022]備用電源中的電池分成了 23組，每組對(duì)應(yīng)一個(gè)從機(jī)。從機(jī)負(fù)責(zé)采集對(duì)應(yīng)電池組的單體電壓、單體溫度，并且在充放電過程中對(duì)電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)電池的電壓超過了預(yù)先設(shè)定的范圍，將對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)操作。同時(shí)還對(duì)單體溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)溫度超過預(yù)先設(shè)定的范圍，將對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)操作。
[0023]充電單元3為一臺(tái)充電機(jī)，工作電壓為AC660 ± 15%、頻率為50— 一60Hz，輸出電壓為DC750—1040V。充電機(jī)能為電池組單元I提供恒壓充電、恒流充電等多種充電方式，同時(shí)它還能監(jiān)測電池組單元I的總電壓并根據(jù)設(shè)定值與總電壓的關(guān)系自動(dòng)選擇充電方式。
[0024]應(yīng)急顯示單元4為一塊7寸顯示屏，通過與應(yīng)急控制單元6的通信將電池管理單元2所采集的電池工作狀態(tài)進(jìn)行顯示，同時(shí)外部操作人員可以通過它直接輸入命令來操控整個(gè)應(yīng)急電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。
[0025]應(yīng)急電源接入和輸出單元5負(fù)責(zé)將接入電纜和輸出電纜固定在隔爆箱內(nèi)，其中接入的電源為備用三項(xiàng)交流電，輸出的電源為電池組單元I提供的直流電，并將此直流電輸出到主控制箱內(nèi)變頻器7的直流側(cè)。
[0026]應(yīng)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(yīng)急控制單元6中的可編程序控制器負(fù)責(zé)與電池管理單元2、充電單元3、應(yīng)急顯示單元4以及主控制部分進(jìn)行通信，并根據(jù)數(shù)據(jù)的具體情況或者人為輸入的命令來控制充電單元3對(duì)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(duì)輸出電源、輸入電源進(jìn)行開合。
[0027]主控制部分由變頻單元7、主顯示單元8、監(jiān)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(yīng)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(yīng)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(tái)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(diào)的三項(xiàng)交流電，以此來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻器的輸出端與需要供電的外部通風(fēng)機(jī)相連接，向通風(fēng)機(jī)的外部電動(dòng)機(jī)13供電。
[0029]主顯示單元8為一塊7寸顯示屏，負(fù)責(zé)將系統(tǒng)的工作狀態(tài)、告警情況、監(jiān)測單元9所監(jiān)測的環(huán)境情況以及電池組單元I的具體情況進(jìn)行顯示，并且外部操作人員可以通過它直接輸入命令來操控整個(gè)主控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。
[0030]監(jiān)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(fù)責(zé)監(jiān)測系統(tǒng)的總電流、總電壓以及瓦斯?jié)舛龋?shù)據(jù)傳送給主控制單元11。
[0031]主電源接入和輸出單元10負(fù)責(zé)將接入電纜和輸出電纜固定在隔爆箱內(nèi)，其中接入的外部電源12為備用三項(xiàng)交流電，輸出的電源為經(jīng)過變頻器變頻后為三項(xiàng)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(gè)交流接觸器、I個(gè)直流接觸器、I個(gè)交流斷路器和I個(gè)直流斷路器組成。主控制單元11中的可編程序控制器負(fù)責(zé)與變頻單元7、監(jiān)測單元9、主顯示單元8以及應(yīng)急電源系統(tǒng)進(jìn)行通信，根據(jù)傳送的數(shù)據(jù)來判斷是否使用備用電源，并且通過控制變頻器的頻率來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(duì)輸入交直流電源進(jìn)行開合。
[0033]本實(shí)用新型的工作流程為:當(dāng)主電源停電時(shí)，自動(dòng)切換裝置監(jiān)測到故障，自動(dòng)啟用備用電源，本實(shí)用新型開始工作。主控制系統(tǒng)中的主控制單元11開始采集監(jiān)測單元9的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)變頻器輸出的頻率，以滿足通風(fēng)系統(tǒng)需要的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)監(jiān)測到備用電源也停電時(shí)，自動(dòng)切換到本實(shí)用新型來為風(fēng)機(jī)提供電源。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦掘進(jìn)工作面的應(yīng)急供電裝置，其特征在于:它由應(yīng)急電源部分和主控制部分組成；應(yīng)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(yīng)急顯示單元(4)、應(yīng)急電源接入和輸出單元(5)以及應(yīng)急控制單元(6)組成，應(yīng)急控制單元(6)與電池管理單元(2)、充電單元(3)、應(yīng)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(yīng)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(jiān)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(yīng)急電源部分的應(yīng)急電源接入和輸出單元(5)通過電源線相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦掘進(jìn)工作面的應(yīng)急供電裝置，其特征在于:所述應(yīng)急電源部分的電池組單元(I)由276個(gè)串聯(lián)的鋰離子蓄電池組成，電池管理單元(2)由主機(jī)、從機(jī)組成，從機(jī)與電池組單元(I)的電池分別連接，從機(jī)的輸出端與主機(jī)的輸入端相連接，主機(jī)的輸出端與應(yīng)急控制單元(6)相連接，充電單元(3)為一臺(tái)充電機(jī)，充電機(jī)與電池組單元Cl)的電池連接充電，應(yīng)急顯示單元(4)為顯示屏，應(yīng)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(nèi)，接入電纜與備用三項(xiàng)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(cè)相連接，應(yīng)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(yīng)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(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦掘進(jìn)工作面的應(yīng)急供電裝置，其特征在于: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(fēng)機(jī)相連接，主顯示單元(8)為顯示屏，監(jiān)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(yīng)急供電裝置的線路中，瓦斯傳感器安裝在現(xiàn)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(nèi)，接入電纜與備用三項(xiàng)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(cè)相連接，主控制單元(11)由可編程序控制器、I個(gè)交流接觸器、I個(gè)直流接觸器、一個(gè)交流斷路器和I個(gè)直流斷路器組成，可編程序控制器與變頻單元(7)、監(jiān)測單元(9)、主顯示單元(8 )以及應(yīng)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(hào)】H02J9/00GK204167987SQ201420517287
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】楊永平, 楊春穩(wěn), 鮑巖, 高振嶺 申請(qǐng)人:唐山開灤華明電器有限公司