如何保证煤矿行业系统电源运行安全可靠？

2022-02-17 10:19

煤矿是中国的主要能源，煤矿行业在长期关注煤矿安全性的同时，提出了一些新的应用探索和新的产品升级方案。比如人员定位系统，安全监控系统，这无疑是物联网技术在煤矿行业的成功应用。而机壳电源，超宽压PVA电源的应用，则是高频电源在煤矿行业的成功应用。

一、煤矿行业简介与市场前景

煤炭行业是指以开采煤炭资源为主的一个产业，是国家能源的主要来源之一，也是国家经济的重要支柱之一。

“十一五”规划建议中进一步确立了“煤为基础、多元发展”的基本方略，为中国煤炭行业的兴旺发展奠定了基础。“十一五”期间需要新建煤矿规模3亿吨左右，其中投产2亿吨，转结“十二五”1亿吨。中国煤炭工业将继续保持旺盛的发展趋势，今后一个较长时期内，中国煤炭行业的发展前景都将十分广阔。

二、煤矿行业的系统分析

煤矿系统及子系统可以简化为如下模块：

图1 煤矿行业系统及子系统

隔爆兼本安电源箱是连接安全区和危险区的关键设备，其可靠性和稳定性直接决定了整个系统的安全可靠。

由于是本安输出，隔爆兼本安电源的输出能力比常规的电源已经被限制了很多，所以后端的分站或者传感器用电一方面要保证自己可靠运行，还要考虑和前端本安输出的兼容，做到整个系统的可靠稳定和兼容。

然而长距离的传输给前后的兼容性带来了新的挑战，如何综合考虑供电能力，防爆要求，稳定性，作为中间的纽带，不得不说是至关重要的。

三、煤矿行业对电源的需求

1、避免错接误操作，减轻整体重量

煤矿系统前端供电通常电压有127VAC，380VAC，660VAC，1140VAC，＋10%/-25%的偏差。旧设备有些是36VAC或220VAC。127VAC通常用于矿用照明系统。这些电压需要拉到危险区中，所以需要一个隔爆兼本安电源箱进行隔爆设计，然后输出本安电源，才能给矿下设备供电。

以前的方案都是直接用工频变压器降压到220VAC，然后用机壳电源进行隔离和降压。为了兼容多种电压，行业有多抽头的方案，多抽头方案本身存在接错线的风险，且工频变压器较重，进而导致整机重量加重，不利于安装、维护，并且会导致成本增加。近几年才有PVA这样的兼容多电压范围的高频方案出现。

图2 新旧方案对比

2、满足火花实验、低启动电流

由于煤矿设备对应用环境的安全性要求特别高，设备需要满足GB 3836系列的标准，主要是GB 3836.4，而且需要满足标准的火花实验。本安电路是非常灵敏的限流限压限能量电路，对其后端的电容和电感是有管控的，不能过大。正是由于本安电路的灵敏保护，才能满足标准的火花实验，但也导致了后端的用电设备的启动电流不能过大，否则很容易触发这个保护，于是有了缓启动模块。而后端的用电设备通常需要长距离传输，所以低功耗，低启动电流，高效率就成了必要的指标了。