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［摘要］針對煤礦井下安全監控、人員定位等系統采用分散式供電方式存在供電可靠性低、續航時間有限、抗干擾能力差等問題，設計了集中供電系統。該系統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不間斷供電，被供電系統運行可在外接交流電無電的情況下持續工作，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

0引言

為提高礦山安全生產保障能力，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測監控、人員定位、供水施救、壓風自救、通訊聯絡、緊急避險等安全避險六大系統。“六大系統”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，無統一的規劃，當外接電源發生故障后無法保證持續、可靠地為各個系統供電，影響煤礦安全生產。本文提出的集中供電系統可有效解決分散式供電的各種問題，可為煤礦井下各系統提供可靠、經濟、安全的不間斷供電。

1集中供電系統組成及工作原理

集中供電管理系統所接交流電電壓等級為AC1140V或者AC660V，系統設備輸出AC127V、本安DC24V、本安18V等。該系統由系統管理軟件、電源主機、電池箱、隔爆兼本安電源等設備組成，可以根據現場實際需要實現各類被供電系統不間斷供電時間的擴展，實現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，系統連接框架如圖1所示。正常工作時，AC660V/1140V輸入到電源主機，經過隔離工頻變壓器、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，保證各類系統設備的不間斷供電，隔爆兼本安電源輸出本安18V給各系統本安設備供電。

1.1電源主機

電源主機為集中供電系統的重要組成設備，正常工作時，AC660V/1140V輸入到電源主機，經過隔離工頻變壓器、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經電源主機逆變電路板輸出AC127V，保證電源主機持續不間斷供電。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，交直流供電狀態，輸出電壓信息和故障信息等狀態。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，開關電源輸出穩定的直流電壓經電池管理系統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、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。該電池穩定性好，安全系數高［1］，在實際工作中使用電池管理系統（BatteryManagementSystem，BMS）保護鋰電池組［2］。電池組的充放電狀態由BMS通過電池保護模塊開啟或關斷，實現對電池組的維護，并通過微處理器采集電池組的各種參數，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經保險管進入AC/DC開關電源輸入端，輸出穩定的直流電壓，此直流電壓一路經電池管理電路連接備用蓄電池；另一路經AC/DC電源模塊和本安保護電路得到穩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、電池狀態信息、交直流供電狀態信息，并將這些信息通過內部通信模塊傳輸到控制板上，再經內部RS485通信方式電源信息的數據上傳，接入到集中供電系統中，實現對電源信息的實時、不間斷監測。

2集中供電系統實現的功能

集中供電系統可有效彌補分散式模式的隔爆兼本安不間斷電源的不足，具有如下優點：（1）集中供電系統的使用形成了數字化礦山穩定、可靠、經濟的供電模式，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）形成了統一的數字化礦山供電平臺，提供標準的RS485接口及開放的Modbus協議，可實現被供電設備各類電氣參數的數據上傳，從而實現對井下供電網絡的實時管理。（3）具有冗余管理功能，實現了系統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，可以發揮后備電池冗余系統的最大優勢，使得井下供電設備系統實現連續供電。

3結語

介紹的礦井集中供電系統，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定性和可靠性。目前該系統已投入煤礦井下使用，具有安全程度高、輸出穩定等優點，可在煤礦井下及其它含有爆炸性混合物的環境中使用，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