基本信息
- 项目名称：
- 矿山杂散电流动态监测装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 单架空线式直流架线电机车作为目前矿井下主要的生产运输设备被广泛使用，而使用的结果使得井下的直流供电网络形成了有害的杂散电流。因此矿井现场急需一种能够实时监测杂散电流的装置来检测杂散电流的含量，以采取及时的处理措施。为此，我们研制开发了这套矿山杂散电流动态监测装置。
- 详细介绍：
- 1.1杂散电流的产生及其危害 在我国矿山中，单架空线直流架线式电机车作为井下重要的运输设备被广泛的使用。在该网络中将馈电线路架设在电机车上方，利用运输轨道兼作回流导体，但轨道与巷道底板之间无电气绝缘，本应全部经钢轨流回到变流所的电流将有一部分经钢轨流入大地，再经大地流回牵引变流所。这部分不按规定通路流动的电流（即不经钢轨流回牵引变流所的电流）称为杂散电流。 杂散电流的存在对井下工作人员的生命安全及生产设备的安全存在潜在的危害。其主要的危害表现为：1、杂散电流可能引起电雷管误爆炸。当轨道和巷道岩石或与巷道岩石相通的金属物体（如管道、电缆外皮等）间的电位差达到1～１.５Ｖ时，如果电雷管两根发爆导线中的一根与钢轨接触，另一根与岩石或其他金属接触，流过电雷管中的电流有可能超过９３ｍＡ，就会引爆电雷管，这种情况十分危险。２、对电缆及管道的腐蚀。杂散电流将流经与大地相通的金属管道及电缆外皮等金属导电体。在这些金属导电体上也将形成阳极区和阴极区。由于井下的潮湿及酸性水的存在，因而会在金属导体的阳极区产生电解腐蚀现象。腐蚀作用的大小与杂散电流的大小及通过电流延续时间的长短有关。据有关资料统计：１Ａ的杂散电流１年可腐蚀９.1kg钢或10.3kg铜或33.3kg铅。更重要的是金属和电缆外皮的电腐蚀作用并不均匀。当电缆外皮局部被蚀穿后，水分进入电缆会使绝缘遭到破坏，并引发事故。3、对低压检漏继电器的影响。使检漏继电器发生误动作。另外还可能引起瓦斯爆炸,造成煤仓着火，影响井下通信系统等。 1.2杂散电流的当前监测手段及创新改进 为解决以上问题，研究矿井杂散电流的分布及其相应的测量方法成为一个有利于煤矿安全的重要课题。通过对当前矿山杂散电流监测装置的研究及使用情况分析发现，目前国内矿山中尚没有实现动态监测杂散电流的仪器设备，现在的相关监测技术手段和设备比较陈旧落后，现有仪表只是一些普通的指针式仪表，在现场测定中，往往只能得出某个时间点的数据，并不能反映杂散电流的实际变化情况，由于电机车是运动的，其产生的杂散电流也是变化的，所以测定工作费时费力。正因为如此许多矿井不愿做该项工作，以至于不了解本矿井杂散电流的分布情况，这对矿井的安全生产埋下了重大隐患。所以抓紧研究一种能动态监测杂散电流的仪器能方便的了解本矿井杂散电流的分布情况，避免事故的发生，所以本产品将会有很大的市场前景。 通过调研，我们进一步明确了所研制的杂散电流自动监测记录仪应充分利用嵌入式微控制器的功能，整合了矿山杂散电流传感器与记录仪这两种产品，集测量、记录于一体，该产品不但具有标准工业信号输出（4～20mA或200～1000Hz）,还具有RS232或RS485串行通讯接口，使该仪器一方面能与当前常用的矿山监测系统联网，另一方面又可以方便地与计算机进行数据通讯。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：单架空线式直流架线电机车作为目前矿井下主要的生产运输设备被广泛使用，而使用的结果使得井下的直流供电网络形成了有害的杂散电流。因此矿井现场急需一种能够实时监测杂散电流的装置来检测杂散电流的含量，以采取及时的处理措施。为此，我们研制开发了这套矿山杂散电流动态监测装置。 创新点：采用当前流行的嵌入式技术等为平台，整台仪器的集成度高、功能强大；开发了一套完整的杂散电流自动监测记录软件与数据处理分析软件，具有标准的工业输出信号，可与当前的矿井安全监测系统联网；设置的RS232或RS485串行通讯接口可与计算机进行通讯。 技术关键：单片机应用与接口技术、电流传感器技术、软件系统综合开发技术、人机接口设计技术。 主要的技术指标：1）杂散电流自动监测记录仪的检测电流量程为直流0～1200mA；具有液晶显示及数据通信接口，连续工作不小于24小时。 2）杂散电流数据处理分析软件基于Windows操作系统的开发，具有数据读取、数据处理、图表打印输出功能。
科学性、先进性
- 该作品整合了矿山杂散电流传感器与记录仪这两种产品，集测量、记录于一体，量程可自动切换，整个仪器集成度高，具有实时监测的功能，可以将监测的杂散电流按照设定的标度经过DAC电路或光电隔离电路转化为4～２0mA或200～1000Hz的工业标准信号，以便和当前常用矿山检测系统联网。同时将计算出的杂散电流数值保存在快速擦写存贮器中并送中文液晶显示模块实时显示。具有的串行通讯接口可将所有采集到的数据用数字通信的方式传到计算机中，以便进行进一步的处理。在系统掉电后数据仍然能够保持。 目前市场上销售的该类产品只能进行现场静态测量，设备落后不能反应杂散电流的实际变化情况。并且不具备数据处理和记录的功能，无法与矿山检测系统联网，也无法与计算机进行通信。在实际测量时存在费时费力的现象，且测量误差大。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 目前国内矿山中尚没有实现动态地监测杂散电流，相关的监测手段比较落后。本仪器的研制成功将极大的改善上述状况。可以使矿井对杂散电流进行实时的动态监测，及时的了解矿井杂散电流的分布情况。为矿山的安全生产排除重大隐患。 使用本作品时只需要在安全场所完成设置，在矿井内通电即可进行自动监测，使用简单方便。 本作品有两种设备，一种是完全封闭防爆式的，屏幕设置在仪器内部，适用于环境恶劣的矿井巷道中杂散电流的动态监测；另一种是半封闭屏幕可见式的，适用于一般环境的杂散电流的动态监测。 如果此产品投入市场，将会带来很大的经济效益。按照每台售价4000元，税前利润率30%，每年销售500台计算，该产品的产值为200万元，税前利润为60万，市场效益很明显。
同类课题研究水平概述
- 通过对当前矿山杂散电流监测装置的研究及使用情况分析发现，目前国内矿山中尚没有实现动态监测杂散电流的仪器设备，同时国内外相关领域的科技人员对类似课题的研究只是停留在理论阶段，并没有开发出实际可用的设备。而当前实地应用的相关监测技术手段和设备比较陈旧落后，现有仪表只是一些普通的指针式仪表，在现场测定中，往往只能得出某个时间点的数据，并不能反映杂散电流的实际变化情况。由于电机车是运动的，其产生的杂散电流也是变化的，所以只有对杂散电流实行动态监测才能了解本矿井的杂散电流分布情况，指针式仪表不能满足实时监测的需求。 因此一种能动态监测杂散电流的仪器可以方便的了解本矿井杂散电流的分布情况，避免事故的发生，所以本产品将会有很大的市场前景。同时该仪器的开发可对我国的矿山安全生产提供一定的技术支持，对提高矿山的自动化检测水平有很好的帮助。
