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［摘要］針對煤礦井下安全監(jiān)控、人員定位等系統(tǒng)采用分散式供電方式存在供電可靠性低、續(xù)航時間有限、抗干擾能力差等問題，設計了集中供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)以智能化電源為基礎，抗電磁干擾能力強，具有過流過壓保護、電池智能充放電和電源管理信息等功能，以電池箱為后備電池對被供電系統(tǒng)不間斷供電，被供電系統(tǒng)運行可在外接交流電無電的情況下持續(xù)工作，提高了供電的可靠性。

［關鍵詞］煤礦井下；冗余管理；集中供電；電池管理系統(tǒng)

0引言

為提高礦山安全生產(chǎn)保障能力，國家強制要求全國煤礦及非煤礦礦山都必須建立和完善監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、供水施救、壓風自救、通訊聯(lián)絡、緊急避險等安全避險六大系統(tǒng)。“六大系統(tǒng)”設備布置比較分散，采用分散式供電模式，設備取電比較混亂，取自不同的饋電開關，無統(tǒng)一的規(guī)劃，當外接電源發(fā)生故障后無法保證持續(xù)、可靠地為各個系統(tǒng)供電，影響煤礦安全生產(chǎn)。本文提出的集中供電系統(tǒng)可有效解決分散式供電的各種問題，可為煤礦井下各系統(tǒng)提供可靠、經(jīng)濟、安全的不間斷供電。

1集中供電系統(tǒng)組成及工作原理

集中供電管理系統(tǒng)所接交流電電壓等級為AC1140V或者AC660V，系統(tǒng)設備輸出AC127V、本安DC24V、本安18V等。該系統(tǒng)由系統(tǒng)管理軟件、電源主機、電池箱、隔爆兼本安電源等設備組成，可以根據(jù)現(xiàn)場實際需要實現(xiàn)各類被供電系統(tǒng)不間斷供電時間的擴展，實現(xiàn)1臺電源主機與多臺電池箱配接。電池箱可以物理堆疊，靈活組合，系統(tǒng)連接框架如圖1所示。正常工作時，AC660V/1140V輸入到電源主機，經(jīng)過隔離工頻變壓器、雙冗余逆變電路板和切換裝置輸出AC127V為隔爆兼本安電源、PLC、交換機等設備供電；同時AC660V/1140V輸入到電池箱，經(jīng)過隔離工頻變壓器、開關電源及電池充放電管理電路給電池充電。當外接交流電斷電時，多組電池箱的直流輸出電壓經(jīng)電源主機的逆變電路板輸出AC127V給外接設備供電，保證各類系統(tǒng)設備的不間斷供電，隔爆兼本安電源輸出本安18V給各系統(tǒng)本安設備供電。

1.1電源主機

電源主機為集中供電系統(tǒng)的重要組成設備，正常工作時，AC660V/1140V輸入到電源主機，經(jīng)過隔離工頻變壓器、雙冗余逆變電路板和切換裝置輸出AC127V，2路逆變電路輸出經(jīng)過4個交流接觸器進行控制。電源主機運行原理如圖2所示。電源主機與電池箱配接實現(xiàn)交流AC127V的輸出；當外接交流電存在時，交流AC127V直接由電源主機輸出，當外接交流電斷開時，電池箱輸出DC24V經(jīng)電源主機逆變電路板輸出AC127V，保證電源主機持續(xù)不間斷供電。電源主機內部逆變核心電路板采用模塊化設計，滿足冗余切換功能。當電路板出現(xiàn)故障時，可以進行自動切換工作，保證電源主機正常工作。電源主機液晶可顯示負荷狀態(tài)，交直流供電狀態(tài)，輸出電壓信息和故障信息等狀態(tài)。電源主機具有輸出過流、短路保護功能，逆變電路板具有輸入過壓、欠壓保護、過溫保護功能，保證設備的可靠運行。

1.2電池箱

煤礦井下的交流電經(jīng)保險管接隔離變壓器的輸入端，隔離變壓器給AC/DC開關電源供電，開關電源輸出穩(wěn)定的直流電壓經(jīng)電池管理系統(tǒng)對備用蓄電池進行充放電管理，并給負載供電。當交流電不存在時，電池組給負載供電。電池箱具有液晶實時顯示交直流供電狀態(tài)、電池組電量、電池組總電壓和總電流、單體電池電壓、溫度等指標功能。通過遙控器控制可以實現(xiàn)電池開蓋斷電的功能，具有RS485接口，把電池組的信息上傳。電池箱后備電池選用60Ah的磷酸鐵鋰電池。該電池穩(wěn)定性好，安全系數(shù)高［1］，在實際工作中使用電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，BMS）保護鋰電池組［2］。電池組的充放電狀態(tài)由BMS通過電池保護模塊開啟或關斷，實現(xiàn)對電池組的維護，并通過微處理器采集電池組的各種參數(shù)，估算電池組的殘余電量及剩余供電時間。當檢測到單體電池電壓過高時，BMS開啟平衡充電功能，平衡各單體電池電壓。為保證電池箱具有完善的保護機制，電池箱內部采用分腔設計，磷酸鐵鋰電池組放置在獨立的隔爆腔內，與其他電氣元件分開。電池箱具有電池過充過放電壓保護功能和輸出短路保護、過溫保護及殘余電量估算等功能，有效地提高了設備的安全性。

1.3隔爆兼本安電源

電源主機或電池箱經(jīng)逆變電路板逆變輸出AC127V給隔爆兼本安電源供電，該電源主要為井下ib等級本質安全設備供電，其電氣部件主要由寬范圍AC/DC開關電源、控制板、液晶屏、電源板、后備電池組組成。輸入交流電壓AC127V經(jīng)保險管進入AC/DC開關電源輸入端，輸出穩(wěn)定的直流電壓，此直流電壓一路經(jīng)電池管理電路連接備用蓄電池；另一路經(jīng)AC/DC電源模塊和本安保護電路得到穩(wěn)定的本質安全電源輸出。液晶顯示板可顯示電源版本號、電池組溫度、本安輸出電源是否正常、電池狀態(tài)信息、交直流供電狀態(tài)信息，并將這些信息通過內部通信模塊傳輸?shù)娇刂瓢迳希俳?jīng)內部RS485通信方式電源信息的數(shù)據(jù)上傳，接入到集中供電系統(tǒng)中，實現(xiàn)對電源信息的實時、不間斷監(jiān)測。

2集中供電系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

集中供電系統(tǒng)可有效彌補分散式模式的隔爆兼本安不間斷電源的不足，具有如下優(yōu)點：（1）集中供電系統(tǒng)的使用形成了數(shù)字化礦山穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟的供電模式，具有不間斷供電時間可擴展、輸出標準、純凈正弦波等特點。（2）形成了統(tǒng)一的數(shù)字化礦山供電平臺，提供標準的RS485接口及開放的Modbus協(xié)議，可實現(xiàn)被供電設備各類電氣參數(shù)的數(shù)據(jù)上傳，從而實現(xiàn)對井下供電網(wǎng)絡的實時管理。（3）具有冗余管理功能，實現(xiàn)了系統(tǒng)級的關鍵技術和設備1+1冗余；通過科學分析井下不同設備的供電需求，對后備電池進行合理布局，可以發(fā)揮后備電池冗余系統(tǒng)的最大優(yōu)勢，使得井下供電設備系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)供電。

3結語

介紹的礦井集中供電系統(tǒng)，解決了分散式供電模式存在的問題，提高了被供電設備的穩(wěn)定性和可靠性。目前該系統(tǒng)已投入煤礦井下使用，具有安全程度高、輸出穩(wěn)定等優(yōu)點，可在煤礦井下及其它含有爆炸性混合物的環(huán)境中使用，具有良好的應用前景。

［參考文獻］

［1］陳湘源.智能一體化后備電源研制［J］.工礦自動化，2016，42（11）：81-84．

［2］芮騏驊，趙亮，王磊,等.礦用大容量磷酸鐵鋰電池管理系統(tǒng)設計［J］.工礦自動化，2014，40（2）：5-7.

作者:陳佩佩 單位:天地(常州)自動化股份有限公司