一种煤矿井下长距离供电质量智能调节装置的制作方法

1.本发明涉及供电质量调节技术领域。具体地说是一种煤矿井下长距离供电质量智能调节装置。


背景技术：

2.随着国家对煤炭需求量的增加以及科学技术的进步，煤矿的设计产量快速提高。近年来，煤矿井下机械化、自动化的设备的大力发展应用，特别是大功率用电设备的推广应用，导致工作面的布置长度延伸，同时工作面供电系统负荷也成了新的问题。煤矿井下工作面长距离供电(供电距离大于2km)，会因环境恶劣、负荷变化大、功率因数偏低、终端电压波动剧烈，而造成电动机起动困难，输出力矩降低；如果按传统方式采用在线路中间位置加升压变压器提高终端电压，解决了电动机起动困难问题，但另一方面，在工作面检修期间，由于负荷减少而造成电压升高，对电缆和电气设备的绝缘造成一定的威胁。同时，因无功电流的流动造成的线损也非常严重。并且，现代电力电子设备等非线性负荷大量接入电网，使得高次谐波越来越多，使矿井电网供电质量受到严重影响。为了保证系统电压稳定，减少无功功率消耗并且滤除高次谐波，必须尽可能根据终端需要智能调整供给电压。


技术实现要素：

3.为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种煤矿井下长距离供电质量智能调节装置，以解决现有煤矿井下长距离供电存在的负荷变化大、功率因数偏低、终端电压波动剧烈，造成电动机起动困难，输出力矩降低，无功电流的流动造成的线损严重等问题。
4.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
5.一种煤矿井下长距离供电质量智能调节装置，包括补偿变压器、电源变压器、柱式调压器、控制器、接线腔、控制器腔和隔爆外壳；所述电源变压器的输出端与所述柱式调压器的输入端电连接，所述柱式调压器的输出端与所述补偿变压器的输入端电连接；所述控制器的信号输出端与所述柱式调压器的信号接收端连接；所述补偿变压器、所述电源变压器和所述柱式调压器均安装在由所述隔爆外壳围成的隔爆腔内；所述接线腔和所述控制器腔均安装在所述隔爆外壳的外壁面上，所述控制器安装在所述控制器腔中；三相输入电压的电缆通过所述接线腔与所述电源变压器的输入端电连接；所述补偿变压器的输出端经电缆与工作面设备电连接。
6.上述煤矿井下长距离供电质量智能调节装置，所述柱式调压器包括调节电机、平衡电抗器、移动调节架、碳刷、固定支架和线圈；所述线圈竖向安装在所述固定支架内，所述调节电机和所述平衡电抗器均固定安装在所述固定支架的顶端，所述移动调节架的两端分别套装在所述固定支架的两个侧立柱上，所述碳刷安装在所述移动调节架上，且所述碳刷与所述线圈滑动连接；所述调节电机与第一传动轴传动连接，所述第一传动轴通过第一链条与第二传动轴传动连接，所述第二传动轴通过第二链条带动所述移动调节架沿所述固定支架的侧立柱上下移动；所述电源变压器的输出端与所述线圈的输入端电连接，所述平衡
电抗器的输入端与所述线圈的输出端电连接，所述平衡电抗器的输出端通过固定在所述固定支架的接线柱与所述补偿变压器的输入端电连接，所述控制器的信号输出端与所述调节电机的信号接收端连接。
7.上述煤矿井下长距离供电质量智能调节装置，所述柱式调压器和所述补偿变压器均为三台，所述电源变压器的输出端分别与三台所述柱式调压器的输入端电连接，三台所述柱式调压器的输出端分别与三台所述补偿变压器的输入端电连接。
8.上述煤矿井下长距离供电质量智能调节装置，所述控制器由电流互感器、电压互感器、数模/模数转换模块和plc控制器组成；所述电流互感器的信号输出端与所述数模/模数转换模块的第一信号接收端信号连接，所述电压互感器的信号输出端与所述数模/模数转换模块的第二信号接收端信号连接；所述数模/模数转换模块的第一信号输出端与所述plc控制器的第一信号接收端信号连接，所述数模/模数转换模块的第二信号输出端与所述plc控制器的第二信号接收端信号连接；所述plc控制器的信号输出端与所述柱式调压器的信号接收端信号连接；所述电流互感器的信号接收端和所述电压互感器的信号接收端均与所述工作面设备的信号输出端连接。
9.上述煤矿井下长距离供电质量智能调节装置，所述隔爆外壳包括箱盖、箱体、支板和移动轮；所述箱盖位于所述箱体的顶端，所述箱盖与所述箱体的尺寸相适配以使得所述箱盖与所述箱体围成所述隔爆腔；所述支板的一端固定在所述箱体的侧壁上，所述支板的另一端设置有安装孔，所述移动轮的轮轴固定在轴承的内圈上，所述轴承的外圈固定安装在所述安装孔中。
10.上述煤矿井下长距离供电质量智能调节装置，所述箱盖包括顶板、顶板侧壁、箱顶波纹板和主变观察窗；所述顶板与所述顶板侧壁垂直固定连接，所述顶板侧壁与所述箱顶波纹板垂直固定连接，所述顶板与所述箱顶波纹板平行，所述顶板的尺寸大于所述箱顶波纹板的尺寸；所述主变观察窗嵌入所述顶板、所述顶板侧壁和所述箱顶波纹板围成的空间内，且所述主变观察窗的厚度等于所述顶板与所述箱顶波纹板之间的距离。
11.上述煤矿井下长距离供电质量智能调节装置，所述箱体包括高压侧壁、低压侧壁、第一侧壁、第二侧壁、箱底、辅变观察窗和箱沿；所述高压侧壁、所述低压侧壁、所述第一侧壁和所述第二侧壁分别与所箱底垂直固定连接，所述高压侧壁和所述低压侧壁尺寸相同且平行，所述第一侧壁和所述第二侧壁尺寸相同且平行；所述高压侧壁的顶部、所述低压侧壁的顶部、所述第一侧壁的顶部和所述第二侧壁的顶部围成所述箱沿；所述辅变观察窗通过观察窗法兰分别安装在所述高压侧壁和所述低压侧壁上；所述箱沿上设置有螺栓孔，所述箱沿通过所述螺栓孔与所述箱盖螺栓连接；所述箱体内设置有变压器牵拉板，所述变压器牵拉板分别用于固定所述补偿变压器、所述电源变压器和所述柱式调压器。
12.上述煤矿井下长距离供电质量智能调节装置，所述第一侧壁和所述第二侧壁的横截面均呈“几字型”结构；所述“几字型”结构包括水平段、第一垂直段、第二垂直段、第一水平连接段和第二水平连接段；所述水平段的一端与所述第一垂直段的一端垂直连接，另一端与所述第二垂直段的一端垂直连接，所述第一垂直段与所述第二垂直段平行且位于所述水平段的同侧；所述第一垂直段的另一端与所述第一水平连接段的一端垂直连接，所述第二垂直段的另一端与所述第二水平连接段的一端垂直连接；所述第一垂直段和所述第二垂直段等长，所述第一水平连接段和所述第二水平连接段等长，且均等于所述水平段长度的
1/2；一个所述“几字型”结构的所述第一水平连接段与另一个所述“几字型”结构的所述第二水平连接段连接，一个所述“几字型”结构的所述第二水平连接段与第三个所述“几字型”结构的所述第一水平连接段连接。
13.上述煤矿井下长距离供电质量智能调节装置，所述箱顶波纹板的板面呈凹凸不平的波浪状。
14.上述煤矿井下长距离供电质量智能调节装置，所述接线腔和所述隔爆外壳之间设置有穿墙端子，所述控制器腔和所述隔爆外壳之间也设置有穿墙端子；所述穿墙端子通过隔爆面与所述隔爆外壳固定连接。
15.本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
16.1、煤矿井下长距离供电质量智能调节装置可安装在采掘工作面等长距离供电作业场所，当应用场景工作终端电压下降或上升时，能够通过智能监测进行智能判断，同时实施智能调节，确保终端电压自动恢复到设备的设定工作电压，当三相输入电压不平衡时，可通过调整各相电压实现三相平衡，保障输出电压精度、输出电压波形和反应时间能够满足实际需要。本发明能够解决煤矿井下长距离供电作业供电质量较差、不能满足采掘工作面智能装备电源供给需求的问题，同时也可避免长距离供电引起的电缆设备安全隐患、电能损耗严重等问题。
17.2、本发明煤矿井下长距离供电质量智能调节装置安装在采掘工作面移动变电站低压侧，可实时采集测量工作面供电系统三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率等参数，通过对包括电压、频率、谐波含量等进行快速动态分析，可推测出大功率设备的端电压，进而进行智能调节，满足大功率设备的启动、工作电压需求。为有效改善采掘工作面供电系统电能质量，提高煤矿井下电网的功率因数，减少线损，充分发挥移动变电站的设备潜力，节省变压器投资等奠定坚实的技术基础，该装置对煤矿安全生产、减员提效具有重要的实际应用价值。
附图说明
18.图1本发明实施例煤矿井下长距离供电质量智能调节装置结构示意图；
19.图2本发明实施例中柱式调压器结构示意图；
20.图3本发明实施例中防爆外壳的结构示意图(侧视图)；
21.图4本发明实施例中防爆外壳的结构示意图(正视图)；
22.图5本发明实施例中防爆外壳的结构示意图(俯视图)；
23.图6本发明实施例中防爆外壳的结构示意图(俯视剖面图)；
24.图7本发明实施例中第一侧壁和第二侧壁的横截面示意图。
25.图中附图标记表示为：1-接线腔；2-补偿变压器；3-电源变压器；4-柱式调压器；5-控制器；6-隔爆外壳；7-调节电机；8-平衡电抗器；9-第一链条；10-第二链条；11-移动调节架；12-碳刷；13-固定支架；14-接线柱；15-第一传动轴；16-第二传动轴；17-控制器腔；18-线圈；19-侧立柱；20-辅变观察窗；21-箱体；22-箱盖；23-移动轮；24-主变观察窗；25-变压器牵拉板；26-箱沿；27-箱顶波纹板；28-观察窗法兰；29-高压侧壁；30-低压侧壁；31-水平段；32-第一垂直段；33-第二垂直段；34-第一水平连接段；35-第二水平连接段。
具体实施方式
26.本实施例中，煤矿井下长距离供电质量智能调节装置的结构如图1所示，包括补偿变压器2、电源变压器3、柱式调压器4、控制器5、接线腔1、控制器腔17和隔爆外壳6；所述电源变压器3的输出端与所述柱式调压器4的输入端电连接，所述柱式调压器4的输出端与所述补偿变压器2的输入端电连接；所述控制器5的信号输出端与所述柱式调压器4的信号接收端连接；所述补偿变压器2、所述电源变压器3和所述柱式调压器4均安装在由所述隔爆外壳6围成的隔爆腔内；所述接线腔1和所述控制器腔17均安装在所述隔爆外壳6的外壁面上，所述控制器5安装在所述控制器腔17中；三相输入电压的电缆通过所述接线腔1与所述电源变压器3的输入端电连接；所述补偿变压器2的输出端经电缆与工作面设备电连接。
27.如图2所示，所述柱式调压器4包括调节电机7、平衡电抗器8、移动调节架11、碳刷12、固定支架13和线圈18；所述线圈18竖向安装在所述固定支架13内，所述调节电机7和所述平衡电抗器8均固定安装在所述固定支架13的顶端，所述移动调节架11的两端分别套装在所述固定支架13的两个侧立柱19上，所述碳刷12安装在所述移动调节架11上，且所述碳刷12与所述线圈18滑动连接；所述调节电机7与第一传动轴15传动连接，所述第一传动轴15通过第一链条9与第二传动轴16传动连接，所述第二传动轴16通过第二链条10带动所述移动调节架11沿所述固定支架13的侧立柱19上下移动，实现电压高低调节；所述电源变压器3的输出端与所述线圈18的输入端电连接，所述平衡电抗器8的输入端与所述线圈18的输出端电连接，所述平衡电抗器8的输出端通过固定在所述固定支架13的接线柱14与所述补偿变压器2的输入端电连接。
28.所述控制器5由电流互感器、电压互感器、数模/模数转换模块和plc控制器组成；所述电流互感器的信号输出端与所述数模/模数转换模块的第一信号接收端信号连接，所述电压互感器的信号输出端与所述数模/模数转换模块的第二信号接收端信号连接；所述数模/模数转换模块的第一信号输出端与所述plc控制器的第一信号接收端信号连接，所述数模/模数转换模块的第二信号输出端与所述plc控制器的第二信号接收端信号连接；所述plc控制器的信号输出端与所述柱式调压器4的调节电机7的信号接收端信号连接；所述电流互感器的信号接收端和所述电压互感器的信号接收端均与所述工作面设备的信号输出端连接。控制器5主要由plc控制器形成一个闭环电压、电流控制系统。电流互感器、电压互感器安装于邻近煤矿井下长距离供电质量智能调节装置的输入电源侧(即工作面设备电源输入端附近)，采集电流和电压信号，测量的电流和电压信号经数模/模数转换模块，由plc控制器进行输入与给定值比较，得出偏差后，根据设定的调节规律产生输出信号，调节电机7接收到信号指令，推动移动调节架11移动消除电压、电流偏差量。电流互感器、电压互感器、数模/模数转换模块(即数模转换器和模数转换器组合使用)和plc控制器均为市售产品。
29.如图3和图4所示，所述隔爆外壳6包括箱盖22、箱体21、支板和移动轮23；所述箱盖22位于所述箱体21的顶端，所述箱盖22与所述箱体21的尺寸相适配以使得所述箱盖22与所述箱体21围成所述隔爆腔；所述支板的一端固定在所述箱体21的侧壁上，所述支板的另一端设置有安装孔，所述移动轮23的轮轴固定在轴承的内圈上，所述轴承的外圈固定安装在所述安装孔中。
30.所述箱盖22包括顶板、顶板侧壁、箱顶波纹板27和主变观察窗24；所述顶板与所述
顶板侧壁垂直固定连接，所述顶板侧壁与所述箱顶波纹板27垂直固定连接，所述顶板与所述箱顶波纹板27平行，所述顶板的尺寸大于所述箱顶波纹板27的尺寸；所述主变观察窗24嵌入所述顶板、所述顶板侧壁和所述箱顶波纹板27围成的空间内，且所述主变观察窗24的厚度等于所述顶板与所述箱顶波纹板27之间的距离。
31.如图4和图5所示，所述箱体21包括高压侧壁29、低压侧壁30、第一侧壁、第二侧壁、箱底、辅变观察窗20和箱沿26；所述高压侧壁29、所述低压侧壁30、所述第一侧壁和所述第二侧壁分别与所箱底垂直固定连接，所述高压侧壁29和所述低压侧壁30尺寸相同且平行，所述第一侧壁和所述第二侧壁尺寸相同且平行；所述高压侧壁29的顶部、所述低压侧壁30的顶部、所述第一侧壁的顶部和所述第二侧壁的顶部围成所述箱沿26；所述辅变观察窗20通过观察窗法兰28分别安装在所述高压侧壁29和所述低压侧壁30上；所述箱沿26上设置有螺栓孔，所述箱沿26通过所述螺栓孔与所述箱盖22螺栓连接；所述箱体21内设置有变压器牵拉板25，所述变压器牵拉板25分别用于固定所述补偿变压器2、所述电源变压器3和所述柱式调压器4，见图6。
32.如图7所示，所述第一侧壁和所述第二侧壁的横截面均呈“几字型”结构；所述“几字型”结构包括水平段31、第一垂直段32、第二垂直段33、第一水平连接段34和第二水平连接段35；所述水平段31的一端与所述第一垂直段32的一端垂直连接，另一端与所述第二垂直段33的一端垂直连接，所述第一垂直段32与所述第二垂直段33平行且位于所述水平段31的同侧；所述第一垂直段32的另一端与所述第一水平连接段34的一端垂直连接，所述第二垂直段33的另一端与所述第二水平连接段35的一端垂直连接；所述第一垂直段32和所述第二垂直段33等长，所述第一水平连接段34和所述第二水平连接段35等长，且均等于所述水平段31长度的1/2；一个所述“几字型”结构的所述第一水平连接段34与另一个所述“几字型”结构的所述第二水平连接段35连接，一个所述“几字型”结构的所述第二水平连接段35与第三个所述“几字型”结构的所述第一水平连接段34连接。所述箱顶波纹板27的板面呈凹凸不平的波浪状。
33.所述接线腔1和所述隔爆外壳6之间设置有穿墙端子，所述控制器腔17和所述隔爆外壳6之间也设置有穿墙端子；所述穿墙端子通过隔爆面与所述隔爆外壳6固定连接，满足矿用隔爆技术要求。
34.本实施例中，所述柱式调压器4和所述补偿变压器2均为三台，所述电源变压器3的输出端分别与三台所述柱式调压器4的输入端电连接，三台所述柱式调压器4的输出端分别与三台所述补偿变压器2的输入端电连接，经三台补偿变压器2调压后，经穿墙端子输出到控制器腔17，实现补偿，给工作面供电。本实施例中，各设备之间的电连接采用连接电缆或连接铜排进行连接。
35.工作原理：煤矿井下长距离供电质量智能调节装置安装在采掘工作面移动变电站低压侧，移动变电站输出的1140v三相交流电由接线腔1引入，通过电缆与电源变压器3输入端连接，经电源电源变压器3变压后，每一相分别供给三台柱式调压器4，柱式调压器4的调节电机7根据控制器5的指令进行动作，带动移动调节架11实现电压调节，三台柱式调压器4的输出端分别与三台补偿变压器2的输入端连接，经补偿变压器2对相关指标补偿后，输出满足采掘工作面大功率设备的启动、工作电压需求，可有效改善采掘工作面供电系统电能质量，提高煤矿井下电网的功率因数，减少线路损失，能够充分发挥移动变电站的设备潜
力，有效提升煤矿供电安全技术水平。
36.在工作过程中，所述电源变压器3将输入电压降低到设计电压值，然后每一相分别供给三台柱式调压器4，在满足需求的前提下，以有效减小柱式调压器4的体积和容量。控制器5通过传感器实时采集工作面供电的电压、频率、谐波含量等参数，智能分析供电质量，出现异常情况，发出控制指令，控制指令通过线缆经隔爆壳穿墙端子进入隔爆腔，控制调节电机7动作，实现智能调节。
37.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。