矿用防爆电器产品的技术创新和发展趋势
作者：防爆电器网
更新时间：2023-06-27
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矿用防爆电器产品的技术创新和发展趋势
矿用防爆电气产品经过这几年的发展,已经取得了许多的进步，煤矿电气自动化技术，煤矿安全生产监控系统等自动化产品达到了一定的水平，机电一体化技术、电力电子调速技术在煤矿井下运输机械、提升机械和采煤机械中开始得到广泛应用。应该说经过多年发展，目前已形成较完整的防爆电工产品的制造体系，基本上满足了煤矿井下当前供配电、井下机械化，及控制、保护的发展需要。
近几年来，矿用防爆电器产品在样式、规格上得到许多扩充，如矿用防爆高低压软起动器、矿用防爆变频调速装置、矿用防爆高低压组合开关等一批新技术产品，也开始在煤矿井下得到了广泛的应用。由于有持续、稳定的需求，我国的矿用电器产品生产已形成了一个较大制造产业，同行竞争也日趋激烈。如何避开价格竞争、避开低水平重复生产，通过技术创新来发展企业，成为我们每个矿用电器产品生产经营者思考的问题。企业成功发展的路线在哪里，唯独只有技术的创新，通过开发高技术、高附加值的矿用电器产品来赢得市场。同时从社会效益来讲，也只有通过技术创新发展采煤机械化、电气化和自动化，才能促进建立真正意义上的本质安全的现代化矿井。
技术创新，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着我国矿用电器市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发，必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外矿用电器生产核心技术的研发动向、工艺装备、技术应用及趋势等对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。虽然高低压软起动器、高低压组合开关、变频调速装置等新产品的不断开发，但这些产品在发展上还是受到许多的制约，许多防爆电器产品核心的组件依然依赖国外技术。这些核心组件的生产水平与国外同类产品还是有很大的差距。技术创新由初始研发到走向成熟一般要经历三个阶段：引入期、成长期和成熟期。在引入期时，技术发展很慢，往往要经过相当长的时间才能突破；例如，我们现阶段的变频调速装置，约有50%的矿用防爆企业采用直接购买国外机芯组装生产；40%的企业采用国内技术加以吸收利用，只有约10%的企业能做到自主开发生产。同时针对变频器的EMC性能的研究还是处于初级阶段，但是这种阶段给予我们挑战，如何克服变频器输出谐波对电网供电、监控设备的影响，成为许多企业攻克的目标，井下电网谐波治理也将成为下阶段发展目标。当技术创新在成长期时，技术发展很快，技术性能迅速改进；例如，现阶段的变频牵引采煤机，利用变频恒功率调速和PLC集中控制的特性，在采煤机的应用上日趋成熟，提高了采煤机的工作效率和可靠性，基本上取代了液压牵引技术；又如液压绞车集电、油、气三能源为一体，操作繁杂、落后、噪音大、维护工作量也大，采用防爆变频器技术后完全改变了生产工艺，得到煤炭企业用户的认可。当技术创新进入成熟期时，技术相对稳定，不再有大的变化，技术进步体现为局部改进。例如，现阶段的高低压组合开关已接近现有国外水平，PLC、DSP、现场总线等电子技术的应用，对组合开关的稳定运行提供了技术支持，相关电缆引入装置也基本达到了国产化，组合开关的单元式结构也取得了长足的进步。认识到技术创新的三个发展过程，才能准确定位我们产品的发展思路。
许多企业也认识到技术创新的必要性，但又苦于找不到突破口，针对目前产品的状况，我们的技术创新目标在哪里呢？其实，以往的起动器、馈电开关、电控箱主要以分立元件电路进行保护，存在元件不稳定、漂移较大的缺点，单片技术在保护器上的应用，带来了操作方便，性能稳定的优点；人机界面的配合应用使操作更加清晰，故障记忆功能，为煤矿企业分析问题提供了依据。技术的创新也是专注于自身产品性能的不断提高。如某企业生产的GM系列采煤机用隔离开关在市场占有率已达90%以上，性能的稳定得到同行业的认可；某企业的小型化隔爆兼本安型水位控制起动器也得到行业和煤炭企业用户的认可。许多企业的成功案例都值得我们学习和借鉴，企业应该改变盲目跟风的思想，在产品上一概求全，只考虑面的覆盖，而忽视了对自身专长产品性能的提高。技术创新，拥有自主的知识产权，同样也是我们矿用防爆企业发展的保障。
把握产品的发展趋势，同样就把握了市场，针对矿用产品的发展趋势，提出矿用防爆电器方面以下三点：
第一、电器的基础性能研究
我国80年代初开始应用真空管，目前矿用防爆型真空开关在井下已普及使用。真空管的运用为煤矿井下安全供电起了很大的作用，如矿用隔爆型真空电磁起动器产品，具有较强极限分断能力，适合于矿井下电机频繁起动，维护量少；矿用隔爆型真空馈电开关的全分断时间小，与快速漏电保护配合，提高了防触电和防瓦斯爆炸的安全性。真空接触器、真空断路器的需求量非常的大，但目前市场上，真空管的质量却参差不齐，许多生产工艺还是停留在80年代初的基础上，与国外的工艺比较起来还是有较大差距。在真空管的应用上也是存在操作过电压的影响，以及真空度的保证问题，真空度的下降，容易在井下产生漏电事故，影响生产，出现事故，一些企业也开始致力于真空管电器的研究，以及漏气保护的研究，在漏气保护、真空管粘连保护方式上已取得进展，这为今后的井下电器安全运行提供保证。随着电子技术的不断发展，利用功率电子器件取代真空管实现对电机的启停控制，将是发展方向，在煤电钻综保的控制中已被使用，如可控硅的无触点关断控制，增加了使用寿命，安全可靠。大功率可控硅在起动器上的应用也改变了传统起动器的性能。功率电子器件运用给防爆电气产品的性能和可靠性能赋予新的生命力的同时,也给产品的防爆和安全技术要求带来新的课题。
第二、低压馈电开关的选择性漏电研究
漏电保护是煤矿井下电器三大保护之一，其保护的可靠性影响到煤矿安全生产。目前的低压馈电开关的选择性漏电保护原理仍基于零序电压、零序电流的保护方式；另外采用外加直流对供电网络的绝缘情况进行连续监视方式。由于供电网络的加长及屏蔽电缆的应用，以及变频器等功率电子器件应用等原因，使井下供电网路复杂，在选择性漏电保护上存在许多杂散性，分布电容的不确定性，这些都对漏电保护提出了要求。利用先进的数字化采集技术，如何分析井下分布电容状况，实现精准的选择性跳闸切断故障支路而不影响其他工作支路，保证井下可靠安全供电也是急需研究的新课题。
第三、矿用交流变频器产品的发展
由于科学技术的不断进步和发展，大功率电子电器在井下应用发展速度很快，其中交流变频调速装置具有效率高、故障率低、控制性能好等优点，能明显改善生产工艺，越来越受煤矿生产行业的重视，矿用变频调速装置过去主要用于采煤机电牵引部件等100kW左右的调速，一般前级有专用变压器来供电，对电网影响小。但随着变频器技术不断成熟，从上世纪80年代电牵引采煤机成功运用开始，煤矿生产设备如通风机、绞车、提升机、空压机等机械设备上都开始采用变频调速技术，不但改变传统的生产工艺，主要还体现在高效节能上。如矿井主扇风机选型按矿井生产服务年限最大风量要求，从建井到生产直到矿井报废，每个时期需风量不同，差别很大，采用机械方式的调节风量造成大量电能浪费，煤矿主扇风机通过采用变频器技术节约能量十分可观；又如采掘工作面的局部通风机安装地点多，运行时间长，是耗能大户，由于煤矿开采不断延伸，较长时间内所需风量远远小于通风机的供风能力，针对这种大马拉小车现状，采用变频调速技术节能效果也十分明显，由于变频器效率高、调速性能好，能实行电制动及无级调速节约电能，煤矿井下更广泛采用变频技术是必然趋势。但目前无论产品开发和检测技术都跟不上生产发展需要。
按照地面变频调速装置应用经验，要用好变频调速装置，一定要把供电、变频器电机、生产机械结合生产工艺作为系统来研究，对电网的谐波采取合适的抑制措施。为了适应煤矿变频电气技术发展，研究矿用大功率变频设备的性能、变频器EMC的研究和波抑制措施的效果等技术问题，为矿用变频器技术科研、设计和生产领域，提供一个技术先进的测试平台迫在眉捷。
如何进行EMC的检测，使得矿用变频器能够在煤矿井下“绿色”使用，减少对煤矿生产的危害也就成为下阶段检测部门研究重要课题。
我国是世界第一产煤大国，煤炭是我国的第一大能源，针对以上三点的发展趋势，通过技术创新发展采煤机械化、电气化，加快对煤矿现代化建设具有重要的意义。为适应企业技术创新发展的要求，我们检测机构将不断提升能力，提供先进的检测手段、试验方法。国家安全生产上海矿用设备检测中心为应对技术发展的需要，也不断地提高自身检验能力和水平，如3.4m的大规格防爆试验槽已列入计划项目，以适应大型矿用电气设备的检测需要；矿用防爆变频器的检验能力将提升到1000kW的水平，以适应大容量高压电机、高压变频器的试验需要。我们检测部门将以先进检测技术支持为手段，加强与企业的交流合作，为矿用防爆电器产品技术创新和安全管理做好技术支撑。
