隨著煤炭市場(chǎng)的變化，許多煤礦需要進(jìn)行改擴(kuò)建，井下用電負(fù)荷成倍增長(zhǎng)，但由于已經(jīng)形成地面供電系統(tǒng)容量小，往往難以滿足井下大功率（1000kW以上）高壓電機(jī)的啟動(dòng)要求。老礦區(qū)礦井電源大多為6kV（有些礦井本身沒有35kV以上的變電站），由于原有地面的高壓設(shè)備（變壓器、主提升機(jī)等為6kV）限制了改造供電系統(tǒng)升壓（升為10kV）的實(shí)現(xiàn)，建設(shè)35kV以上的變電站將增加大量投資，只有改造原電源供電線路。有時(shí)即使將電源供電架空線路截面增至2x240 m擴(kuò)，仍然不能滿足井下大功率高壓電機(jī)的啟動(dòng)要求。唯一辦法就是井下大功率高壓電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)。
長(zhǎng)期以來(lái)，井下一直沒有隔爆型高壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備，即便是可直接啟動(dòng)的高壓電機(jī)也是用隔爆真空配電裝置中的真空斷路器來(lái)控制高壓電機(jī)的啟、停，給瓦斯突出礦井井下高壓電機(jī)的配電帶來(lái)困難。針對(duì)上述情況，在江西沿涌、河南梁北等礦井（上述礦井均為瓦斯突出礦井）井下主排水泵供配電設(shè)計(jì)中，采用了隔爆高壓軟啟動(dòng)設(shè)備（一拖二或一拖三），解決了主排水泵的啟動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)又減少了機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備壽命。
以江西沿涌礦井為例，該礦井電源電壓為6kV，由礦區(qū)35 kV變電站至地面變電所的距離為1.6 km，井下有3臺(tái)1120kW主排水泵，井下總負(fù)荷計(jì)算容量9300kVA，將電源供電架空線路截面增至2x240m 時(shí)，下井電纜截面增至240mm2,井下1120 kW主排水泵電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)電壓降達(dá)到20%以上，不滿足電壓降（10%—15%）的要求。考慮到井下主排水泵供電的可靠性，選用了2臺(tái)一拖二隔爆高壓軟啟動(dòng)設(shè)備，向井下主排水泵供電，滿足了主排水泵的啟動(dòng)。主排水泵供配電系統(tǒng)（以一段母線為例）如圖1所示。
圖1 水泵配電系統(tǒng)
一拖二或一拖三隔爆高壓軟啟動(dòng)設(shè)備由軟啟動(dòng)裝置、智能開關(guān)裝置、控制裝置（包括PLC可編程控制箱、就地操作控制顯示箱）3部分組成。
每臺(tái)水泵均由軟啟動(dòng)裝置按順序啟動(dòng)，第1臺(tái)水泵啟動(dòng)后達(dá)到全速后，由PLC可編程控制箱通過(guò)智能開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到其配電開關(guān)上，并斷開1號(hào)開關(guān)，切斷第1臺(tái)水泵電機(jī)與軟啟動(dòng)裝置的連接，然后軟啟動(dòng)裝置再啟動(dòng)第2臺(tái)水泵，斷開1號(hào)開關(guān)。最終各臺(tái)水泵電機(jī)均由智能開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到各自的配電開關(guān)上，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程均由PLC可編程控制箱控制。整套軟啟動(dòng)設(shè)備均為礦用隔爆型。
隔爆高壓軟啟動(dòng)裝置系統(tǒng)框圖如圖2所示，分為主電路、反饋電路和控制電路3部分。其主電路是由串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)三相定子繞組中的反并聯(lián)連接的晶閘管組組成，而由于耐壓的要求，在6 kV主電路中，晶閘管由3組串聯(lián)，6只晶閘管組成一相的反并聯(lián)組。啟動(dòng)時(shí)，根據(jù)計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)定的啟動(dòng)曲線，智能馬達(dá)控制器根據(jù)采集到的電動(dòng)機(jī)實(shí)際啟動(dòng)電壓和啟動(dòng)電流信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理（速度環(huán)、電流環(huán)），使電機(jī)按設(shè)定的啟動(dòng)曲線啟動(dòng)，達(dá)到軟啟動(dòng)的目的。軟啟動(dòng)裝置具有電動(dòng)機(jī)過(guò)載、過(guò)壓、欠壓、電壓不平衡、相序、失速、堵轉(zhuǎn)、啟動(dòng)過(guò)頻、過(guò)熱等保護(hù)功能。
圖2 隔爆高壓軟啟動(dòng)裝置系統(tǒng)
驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)光纖與計(jì)算機(jī)接口模塊連接，從而接收智能馬達(dá)控制器發(fā)出的指令，采用光纖連接大大提高了裝置的抗干擾能力和了裝置的可靠性。
計(jì)算機(jī)接口模塊的功能有:① 向三相驅(qū)動(dòng)模塊SPGD傳遞計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令;② 采集主回路電壓反饋信號(hào);③ 接收智能馬達(dá)控制器發(fā)出的指令;④ 具有485通信接口。
啟動(dòng)模式有軟啟動(dòng)、可選擇的突跳啟動(dòng)、限流啟動(dòng)、雙斜坡啟動(dòng)等，本文僅介紹適合水泵啟動(dòng)的軟啟動(dòng)模式。這種模式應(yīng)用很普遍，給電機(jī)一個(gè)初始轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩用戶可以在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩0到99%間調(diào)整。從初始轉(zhuǎn)矩開始，在加速過(guò)程中，輸出電壓逐漸升高。加速時(shí)間用戶可在0—30 s內(nèi)調(diào)整。在加速過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)達(dá)到了額定狀態(tài)，輸出電壓自動(dòng)切換到全壓狀態(tài)，同時(shí)旁路接觸器吸合。電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程特性如圖3所示。
使用隔爆高壓軟啟動(dòng)裝置有如下優(yōu)點(diǎn):① 減少啟動(dòng)過(guò)程中的冗余轉(zhuǎn)矩，最大限度地消除設(shè)備在啟動(dòng)和停車過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命;② 最大限度地消除設(shè)備在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)的沖擊;③ 友好的人機(jī)界面，方便用戶參數(shù)設(shè)定和故障診斷;④ 具備兼容的網(wǎng)絡(luò)集成接口（如RS232/422/485）;⑤具有電動(dòng)機(jī)過(guò)載、過(guò)壓、欠壓、電壓不平衡、相序、失速、堵轉(zhuǎn)、啟動(dòng)過(guò)頻、過(guò)熱等保護(hù)功能;⑥ 具有三相電流、電壓、功率因數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等的監(jiān)測(cè)功能。
圖3 電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程特性
隨著井下采煤技術(shù)水平的提高，煤礦井下用電負(fù)荷成倍增長(zhǎng)，特別是改擴(kuò)建礦井，原有輸電線路難以滿足井下大功率高壓電機(jī)的直接啟動(dòng)，采用（一拖二或一拖三）隔爆高壓軟啟動(dòng)裝置，由軟啟動(dòng)裝置控制井下大功率高壓電機(jī)是可行的，既節(jié)約了新建35 kV以上變電站的大量投資和時(shí)間，又滿足了井下大功率高壓電機(jī)的啟動(dòng)要求。所以，對(duì)于改擴(kuò)建礦井，井下大功率高壓電機(jī)采用（一拖二或一拖三）隔爆高壓軟啟動(dòng)裝置控制，具有一定的推廣和借鑒價(jià)值。
