工程硕士毕业答辩定稿

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高产高效工作面3.3kV组合开关的设计与试验研究,Design and Experiment Research on the 3.3kV,Combined Switchgear for High Efficiency Coal Mining Face,报 告 人:陈怀道,导 师:宋建成 教授,企业导师:陈汉英 高工,研究意义,供电电压等级升高,煤矿安全要求,知识产权要求,随着高产高效现代化矿井的建设，煤矿井下综合机械化采煤工作面供电电压升高至3.3kV已成为主要发展方向。,安全是煤矿工作的重中之重，研究高性能的多负荷集控设备，对于提高矿井生产安全性和保障人身安全具有重要的现实意义。,性价比高 控制方式灵活,具有完全的自主知识产权,实现综采工作面控制设备国产化的要求,研究内容,设计隔爆兼本质安全型组合开关外壳,确定主回路各主要元器件参数,确定组合开关运行方式和保护功能,利用工业样机在晋城煤业集团进行工业性试运行,组合开关方案设计,组合开关功能要求,组合开关微机系统的选择,当组合开关内部由于电火花而引发燃烧或爆炸时，外壳能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力,并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物的传播。,隔爆功能的要求,除了设计工作可靠的控制系统外，防爆外壳也应满足安装检修方便的要求，最大限度地减少检查和排除故障的时间，保证煤矿 连续生产。,检修功能的要求,在防爆外壳内划分出一个与其它腔体完全独立的本质安全腔，通过该腔体引出先导电路的远控按钮。同时，从主腔体引到该腔体的控制线，必须在穿越腔体时进行隔爆处理。,本质安全的要求,在组合开关设计了一个独立的CPU腔，放置组合开关测控系统所用到的CPU及其外围扩展模块,将接触器、隔离开关等大功率控制器件分腔体布置,避免主回路发生故障时产生的电弧烧毁腔体内的其它元件。,腔体功能的要求,外壳设计,(体积小),隔爆方式的选择,主腔体采用快开门结构平面隔爆方式,隔爆腔之间采用十七芯把线螺纹隔爆,按钮和万能转换开关采用圆筒隔爆,各个隔爆腔的端盖采用螺丝紧固平面隔爆方式,防爆外壳设计,隔爆外壳总体设计采用三箱五腔式结构，所谓“三箱”，是指一个主箱、两个副箱；“五腔”是指主腔、隔离开关腔、控制变压器腔、PLC控制腔及本安腔，这种结构能很好的实现隔爆和抗干扰的要求。,隔爆面设计,隔爆外壳强度设计,隔爆外壳焊接工艺,-,0.15,0.20,0.25,-,0.20,0.20,0.20,0.20,0.20,0.20,-,6.0,8.0,9.0,15.0,6.0,12.5,25.0,40.0,平面、止口或圆筒结构,2.0V,0.1V2.0,V0.1,外壳容积V，1,W,mm,L1,mm,L,mm,接合面型式,B型隔爆接合面结构参数,6,5.0,9.0,12.5,V0.1,0.1V2.0,2.0,所以，根据故障状态不同，做出不同响应，从而实现不对称电流故障保护功能。,组合开关电压保护,暂态过电压保护原理图,电压故障保护原理图,R,1,R,P,1,U,VV,A,B,C,C,2,B,1,TV,C,1,5.99,3780,5.14,3300,4.32,2820,5.89,3720,5.04,3240,4.18,2760,5.78,3660,4.94,3180,4.07,2700,5.67,3600,4.82,3120,3.98,2640,5.57,3540,4.73,3060,3.86,2580,5.46,3480,4.63,3000,3.75,2520,5.35,3420,4.52,2940,3.66,2460,5.24,3360,4.40,2880,3.56,2400,U,VV,/V,电压/V,U,VV,/V,电压/V,U,VV,/V,电压/V,电压故障保护试验数据,由表看出,:电压幅值信号与电源电压成严格线性比例关系，PLC实时检测,U,VV,大小。假设过电压故障整定值所对应的信号值为,U,HV,，欠电压故障整定值所对应的信号值为,U,LV,。则,U,LV,U,VV,U,HV,时，PLC根据曲线计算实际电压并显示；,U,HV,U,VV,或,U,VV,U,LV,时，PLC根据曲线计算实际电压值，同时启动定时器，按整定时间延时结束后，若系统还处于电压故障状态，PLC发出跳闸信号并记忆故障参数，实现电压保护功能。,5.99,3780,5.14,3300,4.32,2820,5.89,3720,5.04,3240,4.18,2760,5.78,3660,4.94,3180,4.07,2700,5.67,3600,4.82,3120,3.98,2640,5.57,3540,4.73,3060,3.86,2580,5.46,3480,4.63,3000,3.75,2520,5.35,3420,4.52,2940,3.66,2460,5.24,3360,4.40,2880,3.56,2400,U,VV,/V,电压/V,U,VV,/V,电压/V,U,VV,/V,电压/V,电压故障保护试验数据,组合开关人机通道,BCD码拨盘,结合,转换开关,大屏幕液晶显示,结合,状态直观显示,数据输入,状态输出,人机通道,操作人员对组合开关的状态干预和数据输入,组合开关向操作人员报告运行状态与结果,高低速转换,延时时间,程控方式,延时时间,电压保护,动作值,运行方式,高低速转换,电流值,漏电闭锁,动作值,过载复位,方式选择,六回路,短路倍数,六回路,额定电路,控制方式,C P U,系,统,电压保护,动作时间,组合开关人机通道,BCD码拨盘,结合,转换开关,大屏幕液晶显示,结合,状态直观显示,数据输入,状态输出,人机通道,操作人员对组合开关的状态干预和数据输入,组合开关向操作人员报告运行状态与结果,高低速转换,延时时间,程控方式,延时时间,电压保护,动作值,运行方式,高低速转换,电流值,漏电闭锁,动作值,过载复位,方式选择,六回路,短路倍数,六回路,额定电路,控制方式,C P U,系,统,电压保护,动作时间,组合开关人机通道,数据输入,状态输出,人机通道,BCD码拨盘,结合,转换开关,大屏幕液晶显示,结合,状态直观显示,操作人员对组合开关的状态干预和数据输入,组合开关向操作人员报告运行状态与结果,人机通道数据输出功能的实现,初始化显示,整定参数显示,运行状态显示,自诊断显示,大屏幕液晶屏,状态直观显,示,显示面板,显示原理,显示内容基本上涵盖了组合开关的所有状态,组合开关通讯系统,通讯,系统,组合开关与上位机间的通讯,PROFIBUS-DP,通讯方式,（1）现场总线的技术特点,系统的开放性。,可操作性与互用性。,现场设备的智能化与功能自治性。,系统结构的高度分散性。,对现场环境的适应性。,（2）现场总线的优点,节省硬件数量与投资。,节省安装费用。,节省维护开销。,用户具有高度的系统集成主动权。,提高了系统的准确性与可靠性。,工业性试运行,利用3.3kV组合开关的工业样机，在晋城煤业集团寺河矿3312综采工作面进行了工业性试运行，目的是进一步检验组合开关的运行可靠性，及时发现潜在问题，并迅速排除，为组合开关形成产业化奠定坚实基础。,晋城煤业集团寺河矿,设备名称,制造公司,型号,数量,采煤机,德国艾可夫公司,SL500,1部,液压支架,郑州煤机厂,ZY8600/25.5/55,130架,刮板运输机,张家口煤机厂,SGZ1000/1400,1部,转载机,张家口煤机厂,SZZ1200/315,1部,破碎机,张家口煤机厂,PCM315,1台,可伸缩带式输送机,集团公司机厂,DSJ1400/2500/3400,1部,乳化液泵,无锡威顺公司,BRW400/315,3台,清水泵,无锡威顺公司,KMPB320/10型喷雾泵,2台,组合开关,山西潞安海通公司,3.3KV六组合开关,1台,移动变电站,抚顺特种变压器厂,KBSGZY-2000/6/3.45kV,KBSGZY-1250/6/1.14kV,KBSGZY-1000/6/1.14kV,5台,寺河矿3312工作面主要设备列表,2006年12月1日，截止2007年4月1日，试用了三个月，最高日产量2.51万吨，平均日产量2万吨以上；平均月产原煤56万吨，最高月产量63万吨。经过3个月的井下工业性试运行，组合开关运行稳定，具有较高的工作可靠性。其灵活的控制方式可以满足高产高效综采工作面所有大型负荷的控制要求；其健全的保护功能可以实现对被控负荷故障状态的正确保护，提高了电动机的运行寿命；其方便的参数交互通道，方便了操作人员控制组合开关运行状态，大屏幕液晶及状态直观指示使操作人员可以迅速找到故障，减少了排除故障的时间，提高了工作效率。,工业性试运行结果表明，3.3kV组合开关功能健全、工作可靠性较高，具有良好的市场需求，可以形成产业化生产规模。,研究结论,1根据生产实际要求，提出了3.3kV组合开关的控制策略和控制方法。,2确定了以PLC为中央控制单元的控制方案，完成六回路电动机的短路、过载、断相、欠压及过压等保护功能。确保了测控系统动作的准确性和可靠性。,3设计了结构合理、操作方便的矿用隔爆兼本质安全型组合开关的外壳，其三箱五腔式结构不仅能够良好的满足组合开关控制与保护功能的实现，而且独立腔体的结构有效地保证了组合开关微机系统的工作可靠性，降低了组合开关主回路发生故障时的损失。,4根据被控负荷的功率及运行要求，设计了裕度合理的主回路连接方式，选择了主回路各个元件，保障了系统的正常运行。,5根据我国矿井电网的实际情况，制定了组合开关各种保护功能的技术指标，合理的技术指标和健全的保护功能保证了异步电动机工作的可靠性和安全性。,6以本文内容为核心构成的3.3kV组合开关经过3个月的工业性试运行表明，组合开关功能健全、工作可靠性较高，可以形成产业化生产规模。,感谢大家！,敬请各位老师指导！,组合开关的基本技术要求设计如下：,（1）额定电压：3300V。,（2）额定频率：50Hz。,（3）额定工作电流：六组合总电流为700A；单台隔离换向开关为700A；单台接触器为400A。,（4）本安电路最高开路电压10V。,（5）本安电路最大短路电流10mA。,（6）允许电源电压波动范围：75%110%Un。,（7）单台接触器极限分断能力：4.5kA。,（8）机械寿命：接触器100万次；隔离换向开关0.3万次。,（9）电寿命：不少于6万次。,基本技术要求,控制系统要求,先导回路,漏电闭锁,电流保护,电压保护,良好的人,机界面,在符合本质安全要求的前提下保证控制线路发生故障时,不产生自启动现象.,防止主回路在起动前发生漏电,主要对短路、过载、断相等进行保护,有暂态过电压、稳态过电压及欠压保护,方便人员 对控制系统进行操作,组合开关微机系统选择PLC作为中央处理器,可靠性高,模块组合灵活,功能强,编程方便,适应工业环境,安装、维修简单,运行速度快,总价格低,