礦井主排水系統(tǒng)是煤礦大型設(shè)備的一個(gè)重要組成部。主排水系統(tǒng)如果不能正常運(yùn)行,會危及整個(gè)礦井的安全生產(chǎn),甚至造成重、特大財(cái)產(chǎn)損失事故。雞西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司現(xiàn)有的23個(gè)主排水系統(tǒng)沒有高低水位監(jiān)視報(bào)警,水泵吸空報(bào)警裝置,只靠運(yùn)轉(zhuǎn)員巡視。如要在水位非常情況下,吸水管底閥堵塞,沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn),就會造成淹泵,甚至淹井事故,集團(tuán)公司有的礦井以前曾發(fā)生過類似事故。鑒于這種情況,我們研制了主排水泵監(jiān)測裝置。
1 工作原理
監(jiān)測裝置主要是通過水位和吸空兩塊插件板來??現(xiàn)的。
1.1水倉水位顯示及報(bào)警工作原理。
如圖1所示。在圖1中,虛線所圈部分為6段水位板插件電路,其中J1-J6是6段水位動作執(zhí)行繼電器,分別由T1~T12組成的6套(圖中只畫出3套)兩級晶體管放大電路來驅(qū)動,這6套放大電路中J1為有水釋放型。J2~J6為有水閉合型。
圖1 水倉水位顯示及報(bào)警電路
J1為第一段水位顯示繼電器,當(dāng)水位1處有水時(shí),水的電阻值一般在100K~1M%u3A9之間,流經(jīng)R2的基極電流為0.02mA左右。三極管T1放大,流經(jīng)R1的電流為1.5mA,此時(shí)T1導(dǎo)通,T2截止,J1處于釋放狀態(tài),J1的常閉點(diǎn)閉合,LED1發(fā)光。當(dāng)水位1處沒有水時(shí),T1截止,T2導(dǎo)通J1吸合,J1常開點(diǎn)閉合,語言報(bào)警Y1發(fā)聲,同時(shí)X8發(fā)紅光,指示低警戒線水位,因?yàn)樗?處常有水。所以采用J1為有水釋放狀態(tài)。
J2為第二段水位指示繼電器,當(dāng)水位2有水時(shí),T3基極電流為0.02mA左右,T4基極電流為0.5mA,T4導(dǎo)通,J2有電吸合,LED2發(fā)光,指示水位2。
J3、J4、J5、J6級工作原理與J2工作原理相同,放大電路元件參數(shù)也基本相同,三極管T1~T12的放大倍數(shù)%u3B2值要求大于100即可。
R31、R32~R36為繼電器降壓電阻,數(shù)值為120%u3A9~390%u3A9,D1為電源整流橋,D2~D7為續(xù)流三級管,對于有多個(gè)繼電器并聯(lián)和小型繼電器大功率三極管的情況,可以不用C3~C8抗干擾電容,也可直接并接在第一級放大三級管的be結(jié)上。J6為高警戒水位繼電器,當(dāng)J6吸合時(shí),J6常開點(diǎn)閉合LED6發(fā)光,指示第6段水位,Y2發(fā)聲,高警戒水位語音報(bào)警。
由于有的主排水系統(tǒng)有甲乙兩個(gè)不連通的水倉,所以每套水位保護(hù)有兩個(gè)水位插件,分別指示甲乙兩個(gè)水倉的水位。圖1中的J6%u2CA和J1%u2CA就是乙水倉水位插件的高低水位繼電器接點(diǎn),以便兩個(gè)水位插件共用高低水位聲光信號Y2、Y1、X7、X8報(bào)警系統(tǒng)。
圖1中的K1為電源開關(guān),B為220V/36V、15W變壓器,K2是一個(gè)雙刀雙擲語音暫停開關(guān),當(dāng)甲水倉發(fā)生高警戒水位報(bào)警時(shí),有時(shí)為了調(diào)負(fù)躲峰的需要,并不馬上開泵排水,而是先撥動扭子開關(guān)K2,關(guān)掉甲水倉高警戒水位語音報(bào)警,開始往乙水倉放水。當(dāng)乙水倉達(dá)到高警戒水位時(shí),J6%u2CA閉合,Y2能再次發(fā)出高警戒水位語音報(bào)警,這時(shí)需開泵排水,待兩個(gè)水倉水位下降,J6%u2CA釋放后,方可回復(fù)語音暫停開關(guān),當(dāng)語音暫停開關(guān)K2或K3被關(guān)掉后,語音暫停報(bào)警燈X9發(fā)光,提示水泵司機(jī)在語音報(bào)警消除后,閉合K2恢復(fù)語音報(bào)警功能。WY1、WY2、WY3為語音報(bào)警器78系列三端穩(wěn)壓電源塊,由于78系列三端穩(wěn)壓塊的輸入電壓只允許比輸出電壓高一倍,所以要從直流30伏穩(wěn)壓到直流6伏,需要三只三端穩(wěn)壓塊串聯(lián),即7824、7812、7806串聯(lián),78系列三端穩(wěn)壓塊的中間腳為輸入輸出公共端,這里只畫出7806以示語音報(bào)警系統(tǒng)工作電壓。
整流橋D1的輸出電壓為直流30V,正極與地相連,地可以與主排水泵房的接地系統(tǒng)聯(lián)在一起,這樣做有兩個(gè)好處,一個(gè)好處是6段水位電極導(dǎo)線放入要監(jiān)視的倉即可,省去了一根最易受井下水腐蝕的總電極的入水,減少了水位電極的維修量;另一個(gè)好處是為整臺監(jiān)測裝置外殼提供了接地極。6個(gè)水位電極可以用6根1.0mm2的塑皮控制線,做成不等長的電極,為防止對電極的腐蝕,可以在每個(gè)電極的前端焊上一個(gè)碳刷,再用1:1膠把電極裸露的銅線及焊接點(diǎn)封好即可。也可以用冷補(bǔ)劑或環(huán)氧樹脂膠把7芯電纜及7個(gè)碳刷全部灌封在一根?5mm的塑料管內(nèi)做入水電極,這樣更便于電極的安裝及清理。
1.2水泵運(yùn)行顯示及吸空報(bào)警工作原理
如圖2所示。在圖2中,虛線所圈部分為吸空板電路,吸空板與水位板共用一套30V直流電源,由三管T1~T10組成,5臺水泵吸空電充檢測電路,由三極管T11~T15組成水泵運(yùn)行顯示電路,LH1~LH5為水泵起動柜電流檢測電流互感器。
電流互感器是YWH1-20A/10mA型電流互感器,安裝在水泵起動柜電流表上,與電流表串聯(lián),當(dāng)1#泵起動后,LH1能感應(yīng)出電流,如果水泵額定電流為100A,起動柜電互感器為100A/5A,則流過電流表的額定的電流為5A,經(jīng)過LH1互感,在LH1的二次感應(yīng)出2.5mA的電流,經(jīng)過D1整流,C1濾波,R1,W1、R11分壓,可在(10)和(16)兩端產(chǎn)生10V的電壓,這個(gè)電壓一方面使T11導(dǎo)通,J1有電吸合,X2發(fā)光指示,1#泵運(yùn)行,另一方面通過調(diào)整W1可使T1導(dǎo)通,使通過J1常開點(diǎn)和R3的電流流過T1而不流過R4,這樣使T6關(guān)斷,吸空繼電器JK不吸合,當(dāng)發(fā)生吸水籠頭被堵或者水倉被抽空等故障時(shí),使起動柜電流且電流下降30%達(dá)到70A時(shí),(10)和(16)之間的電壓下降到7V,電位器W1處得到的分壓也降低,LED1截止T1隨之截止,電流經(jīng)過J1的常開接點(diǎn),經(jīng)過R3、R4使T6有基極電流而導(dǎo)通,JK有電吸合,發(fā)出吸空報(bào)警紅燈信號。
圖2中的5套吸空電路是相同的,這5套吸空電路的輸入與輸出之間組成了與非門電路的關(guān)系,即:不論有幾臺泵運(yùn)行,只要有一臺泵電流下降出現(xiàn)吸空就使JK動作,發(fā)出聲光報(bào)警。
圖2 水泵吸空報(bào)警及運(yùn)行顯示電路
本吸空保護(hù)電路在流過起動柜電流表的電流為0.5~10A時(shí)均能正常工作,安裝調(diào)試時(shí),可以先把語音報(bào)警關(guān)掉,以免語音響后直流電壓波動影響調(diào)試,再把電位器W1~W5調(diào)整到最下端,使1#泵開時(shí)運(yùn)行燈X2和吸空報(bào)警燈X1都亮,再逐漸把電位器向上調(diào),直到發(fā)光二極管LED1微微發(fā)光,此時(shí)T1導(dǎo)通,T6截止,JK釋放,吸空報(bào)警燈X1熄滅,這樣當(dāng)水泵出現(xiàn)吸空,電流下降時(shí),T1就會截止,吸空繼電器JK有電吸合,起到吸空報(bào)警作用。
2 主要功能
?。?)監(jiān)測裝置,能同時(shí)指示主副兩個(gè)水倉的水倉,每個(gè)水倉的水位都分成六段顯示。
(2)監(jiān)測裝置最多可同時(shí)顯示5臺水泵的運(yùn)行狀態(tài)。
?。?)具有高水位和低水位語音報(bào)警功能,六段水位顯示紅燈全亮?xí)r高水位語音報(bào)警,全滅時(shí)為低水位語音報(bào)警。
?。?)當(dāng)水泵吸空語音報(bào)警時(shí),無論是哪臺水泵因不上水而空轉(zhuǎn)運(yùn)行,都有吸空語音報(bào)警。
?。?)可以人為的控制語音暫停,紅燈顯示。
3 結(jié)束語
本監(jiān)測裝置制作成本低,使用、安裝、維護(hù)、方便,故障率小。我公司12個(gè)礦,16對生產(chǎn)井,23個(gè)主排水系統(tǒng),75臺水泵,自2003年8月安裝投入后,經(jīng)半年的運(yùn)行,各個(gè)水倉水位顯示準(zhǔn)確,沒有誤報(bào)現(xiàn)象,運(yùn)行安全可靠。