煤礦供電保護及其改進

劉迪博

摘要：本文分析了煤礦井下有關(guān)保護，同時針對供電系統(tǒng)中目前煤礦現(xiàn)場進行短路保護的措施和反時限過流保護不能區(qū)分過流和速斷的缺點，分別提出了煤礦井下供電短路保護新設(shè)想和給GL繼電器另加一個回路信號的改進措施。

關(guān)鍵詞：煤礦電氣供電保護改進

0 引言

目前煤礦供電設(shè)備的電氣保護有過流保護、接地保護和漏電保護三種類型。在煤礦安全生產(chǎn)中，煤礦供電保護具有非常重要的作用，保護一般應(yīng)具有選擇性、快速性、靈敏性及可靠性四個基本要求，否則有可能引起保護拒跳、誤跳，或者保護跳閘范圍擴大，嚴重時造成井下瓦斯急劇上升，出現(xiàn)瓦斯積聚，甚至發(fā)生瓦斯事故，給礦井和人身安全造成嚴重威脅。煤礦的電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)的保護大多采用繼電保護裝置，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，智能保護系統(tǒng)已經(jīng)研制成功，在硬件方面，采用具有強大數(shù)據(jù)處理能力的DSP微處理器，低功耗可編程邏輯芯片和高集成度的專用芯片，使整個系統(tǒng)的可靠性有很大提高，從而保證了生產(chǎn)質(zhì)量。

1 井下有關(guān)保護

煤礦井下的環(huán)境較特殊，其設(shè)備分為礦用一般型電氣設(shè)備和礦用隔爆型電氣設(shè)備，前者不具有防爆性能，適用于沒有瓦斯、煤塵爆炸危險的場所；后者具有防爆和隔爆性能，適用于有瓦斯、煤塵爆炸危險的場所。同時，電氣設(shè)備按工作電壓高低分為低壓電氣設(shè)備和高壓電氣設(shè)備，井下電氣設(shè)備大多屬一類負荷和二類負荷，工作時的電流、電壓都較大，對其保護是保證可靠性工作的關(guān)鍵。

1.1 過流保護 電火災(zāi)產(chǎn)生的主要原因是電網(wǎng)的過電流，而過電流又是由短路、過載引起的，因此防止電火災(zāi)方法就是防止過流的產(chǎn)生。過流保護包括短路保護和過載保護。目前電磁式繼電器和電子式繼電器均可實現(xiàn)短路保護，而過載保護可由電磁式繼電器、電子式繼電器和熱繼電器實現(xiàn)。

1.2 接地保護 電氣設(shè)備的絕緣損壞，其金屬外殼和架構(gòu)就會帶電。當人觸及此電氣設(shè)備時就會發(fā)生觸電事故，而且我國規(guī)定觸電的安全極限交流電流值為30mA，因此要通過接地保護限制通過人身的電流使其在極限電流之內(nèi)。保護接地的關(guān)鍵是將保護接地裝置的接地電阻降低到規(guī)定的范圍內(nèi)，就可以使流過人體的電流不超過安全極限電流，確保安全生產(chǎn)。

1.3 漏電保護 當電網(wǎng)絕緣電阻小于一定數(shù)值時，人觸及后會產(chǎn)生觸電危險，而且漏電不僅會使設(shè)備進一步損壞，形成短路事故，同時還導(dǎo)致人身觸電和漏電火花引爆瓦斯、煤塵的危險。因此在井下供電系統(tǒng)中必須裝設(shè)漏電保護裝置實現(xiàn)絕緣監(jiān)視、漏電保護以及補償流過人身的電容電流的作用。無選擇性漏電保護采用附加直流電源的保護原理，在包含對地絕緣電阻的檢測回路中附加直流電源，監(jiān)視其直流電流的變化，達到監(jiān)測絕緣電阻的目的。有選擇性漏電保護采用零序電流保護原理。零序電流信號由零序電流互感器獲得。當未發(fā)生漏電時，一次側(cè)三相電流對稱，其電流相量和為0，二次側(cè)無電流輸出；當發(fā)生漏電時，一次側(cè)三相電流不對稱，其電流相量和不為0，二次側(cè)有電流輸出。

2 改進方案

2.1 過流保護改進 反時限過電流保護由GL型反時限繼電器組成的過流保護接線簡單，運行可靠，一次投資少，但其缺點是保護動作后值班人員不能立即區(qū)分是過流起動或是短路引起的速斷起動，如速斷起動后再次送電將導(dǎo)致故障點聯(lián)入電網(wǎng)，擴大事故范圍，影響安全運行。

因為GL型繼電器由反時限感應(yīng)和定時限速斷兩部分組成，觸發(fā)后都起動一個機械掉牌信號，所以不能區(qū)分是哪一部分動作。對此的改進措施是給GL繼電器反時限感應(yīng)部分另加一個回路信號。過流起動動作時，反限時部分先動作，經(jīng)過一段時間后起動“另加信號”，并推動主接點閉合，使繼電器自身機械掉牌信號動作。速斷起動時，該部快速吸合推動主接點閉合，自身機械掉牌動作，而另加的反時限感應(yīng)部分的信號不動作。這樣，過流起動兩個信號(“另加”和自身)而速斷只起動一個信號(自身)，方便地將二者區(qū)分開來。曾考慮用光敏系統(tǒng)使反時限部分實現(xiàn)“另加信號”，但要求技術(shù)高，造價貴，故改用下述辦法：取代原來的GL—11、12、15型而用GL—13、14、16型繼電器，其延時接點和一只信號繼電器XJ組成另加信號回路。需注意的是：①應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況選擇XJ型號，一般用DX—31系列。②原保護采用GL—11、12、15型繼電器者須對應(yīng)更換為GL—13、14、16型繼電器。③XJ采用圖1a)、b)兩種接法均可，實際采用圖1。

2.2 短路保護新設(shè)想 目前煤礦現(xiàn)場采用三種辦法進行短路保護：①并接電纜增強電流來滿足整定值的要求；②在工作面順槽增加臨時變電所，將移動變電站靠近工作面；③增大順槽巷道斷面，將移動變電站放在軌道上靠近工作面。這三種辦法都要增加大量投資，安裝維護量大，安全性差。在短路發(fā)生時有兩大特點：①短路電流大；②功率因數(shù)高，在0195以上(兩相、三相都一樣)，正常工作時，工作面電流小于額定值，功率因數(shù)在0.85左右。

根據(jù)上述短路電流與起動電流變化趨勢不同，利用短路時電流脈沖波形寬、而起動電流脈沖波形窄，電機起動時上升及下降沿陡、脈沖波寬度比較窄、短路電流波形比較寬、一般是起動電流波形的2倍以上等特點，用電腦數(shù)字技術(shù)進行鑒別，來判斷電路是否發(fā)生短路，而從根本上擺脫受供電線路長短、變壓器容量及電壓等級的約束，做到井下供電短路保護靈敏、可靠、準確。

3 結(jié)束語

改進措施2002年在米村35 kV變電站兩塊6kV饋出線運行半年，饋出線共跳閘12次(11次過流，1次短路)，全部都即時分辨清楚跳閘類型。同時隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、可編程邏輯控制器件(PLC)、單片機(MCU)技術(shù)、總線技術(shù)、微電子技術(shù)等的飛速發(fā)展，采用軟件控制代替觸點控制，尤其是PLC、總線技術(shù)或液壓技術(shù)和智能電氣設(shè)備的結(jié)合，使整個系統(tǒng)的可靠性和安全性會有更大程度的提高。

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