煤礦供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的保護(hù)研究

王 俊

(官地選煤廠，山西太原030051)

0 引言

因我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，煤炭的消耗量也呈現(xiàn)出直線上升的趨勢(shì)，難免會(huì)給煤炭行業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)巨大無(wú)比的壓力和挑戰(zhàn)。近幾年，盡管我國(guó)的煤炭生產(chǎn)的安全工作得到了很大的改善，但從整體上看，仍然是不如人意。因?yàn)槊旱V的供電系統(tǒng)和相應(yīng)的電氣設(shè)備保護(hù)直接關(guān)系到煤炭生產(chǎn)的安全性，因此，做好相應(yīng)的電氣設(shè)備保護(hù)工作在煤炭生產(chǎn)安全方面至關(guān)重要。

在日常工作中，供電系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的電氣設(shè)備在煤炭的生產(chǎn)和運(yùn)行過(guò)程中有著重要的不可替代的作用。隨著煤炭行業(yè)技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，在煤炭生產(chǎn)企業(yè)中，智能化的電氣設(shè)備的應(yīng)用量也逐漸增大。比較常見(jiàn)的要屬微處理器，其不僅有著比較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)還能保護(hù)煤炭生產(chǎn)企業(yè)的電力系統(tǒng)，這樣就可以很好地確保煤炭生產(chǎn)過(guò)程中電力供應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性。

1 保護(hù)裝置及相應(yīng)的工作原理

在煤礦供電系統(tǒng)中常見(jiàn)的電氣設(shè)備保護(hù)裝置便是繼電器。在煤礦的供電系統(tǒng)中，如果采用繼電器便可以迅速處理一些電氣異常和設(shè)備故障，并且隔離相應(yīng)的故障設(shè)備，或是第一時(shí)間做出警告，盡最大可能地把電氣設(shè)備故障引起的損失減少到最低。由于現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在供電設(shè)備保護(hù)裝置中已經(jīng)普遍使用智能化設(shè)備，以便促使煤礦供電系統(tǒng)向自動(dòng)化的方向進(jìn)展。在煤礦的實(shí)際工作中，因?yàn)殡娏鞯牟粩嗉哟?，造成繼電器在供電系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在現(xiàn)實(shí)生活中，繼電器類(lèi)型較多，但是主要的基本結(jié)構(gòu)有以下幾個(gè)方面。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的輸入部分

首先相應(yīng)處理電路中的相關(guān)情況的信號(hào)，隨后便把此信號(hào)傳遞給繼電保護(hù)裝置，進(jìn)而使得繼電器可以充分了解電路當(dāng)年的狀況。

1.2 邏輯判斷部分

結(jié)合比對(duì)的結(jié)果，做出相應(yīng)的邏輯判定。隨后在做出對(duì)應(yīng)的動(dòng)作信號(hào)，最后通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)執(zhí)行操作。

1.3 測(cè)量部分

現(xiàn)在的繼電器已經(jīng)可以設(shè)定一定的參數(shù)，并測(cè)量和檢查電路中的情況，最后和預(yù)設(shè)的參數(shù)進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)其超出合理范圍，便會(huì)采取對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，及時(shí)應(yīng)對(duì)問(wèn)題。

1.4 執(zhí)行部分

此部分是根據(jù)邏輯判定部分傳來(lái)的出口信號(hào)，達(dá)到保護(hù)裝置的目的，其主要是負(fù)責(zé)保護(hù)裝置和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的隔離、連接、電平轉(zhuǎn)換、出口跳閘的功率驅(qū)動(dòng)，同時(shí)還有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信息的返回等等，從而保證繼電保護(hù)裝置能夠可靠地工作。當(dāng)電氣設(shè)備和電力設(shè)備發(fā)生故障，跳閘，不能正常運(yùn)行的時(shí)候，便發(fā)出警報(bào)信號(hào)，正常的時(shí)候，便是保持不動(dòng)作的理想狀態(tài)。

2 井下常見(jiàn)電氣設(shè)備的保護(hù)類(lèi)型

在煤礦工作過(guò)程中，除了使用一般的電氣設(shè)備外，為了適應(yīng)礦井生產(chǎn)的特殊性，還使用了隔爆型電氣設(shè)備。因?yàn)樵诘V井下，對(duì)安全性的要求比較高，這就需要嚴(yán)格控制電氣設(shè)備的安全性能，一般主要采用隔爆電氣設(shè)備。再加之礦井下的工作設(shè)備的功率過(guò)大，就會(huì)使用高壓電氣設(shè)備。通常的保護(hù)方式主要包含以下幾種。

2.1 漏電保護(hù)

在煤礦的供電系統(tǒng)中，因?yàn)榻^緣層通常是在比較惡劣的環(huán)境中工作，易發(fā)生磨損和老化的不良現(xiàn)象，這樣就會(huì)導(dǎo)致電路常常出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。假若井下的工作人員不小心接觸，便會(huì)發(fā)生觸電事故。與此同時(shí)，在礦井中常常會(huì)有大量的可燃性氣體和粉塵，如果漏電出現(xiàn)電火花，就十分容易導(dǎo)致爆炸事故。所以，必須做好井下供電線路的漏電保護(hù)工作，不定期地檢查漏電的狀況，及時(shí)對(duì)漏電的地方進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚苑涝斐筛蟾鼑?yán)重的事故。

2.2 過(guò)流保護(hù)

電火災(zāi)產(chǎn)生的主要原因往往是電網(wǎng)的過(guò)電流，而過(guò)電流因短路、過(guò)載以及斷相引發(fā)的，所以預(yù)防電火災(zāi)的主要方法便是避免過(guò)流的出現(xiàn)。因此過(guò)流保護(hù)就包含短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)以及斷相保護(hù)。

1)短路保護(hù):電器或者線路絕緣一旦被損害、負(fù)載短路、接線錯(cuò)誤的時(shí)候，便會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象。短路的時(shí)候，瞬間產(chǎn)生的電流可到達(dá)額定電流的十幾倍甚至幾十倍，致使電氣設(shè)備或者配電線路由于過(guò)流而產(chǎn)生的電動(dòng)力損壞，有時(shí)會(huì)因電弧而引發(fā)火災(zāi)。通常情況下，短路保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間必須足夠短，動(dòng)作值設(shè)定較大，在較短的時(shí)間內(nèi)把電源切斷。電磁式繼電器和電子式繼電器都可以完成短路保護(hù)。

2)過(guò)載保護(hù):過(guò)載就是指電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流或者電氣設(shè)備的工作電流大于額定的電流，但是超過(guò)額定電流的倍數(shù)比較小，往往是額定電流的1.5 倍之內(nèi)。一般引發(fā)電動(dòng)機(jī)或者電氣設(shè)備過(guò)載的原因各種各樣，比如負(fù)載驟然增加，斷相運(yùn)行或者電網(wǎng)電壓的降低等等。如果電動(dòng)機(jī)或者電氣設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載運(yùn)行，因繞組或者電氣設(shè)備的溫升高于允許值，便造成絕緣老化和損壞。過(guò)載保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間和過(guò)載電流的大小是有聯(lián)系的，其動(dòng)作值設(shè)定要少于短路保護(hù)的動(dòng)作值。過(guò)載程度決定了動(dòng)作的延時(shí)，過(guò)載程度越大，延時(shí)便越短;過(guò)載程度越小，延時(shí)便越長(zhǎng)，此特點(diǎn)便稱(chēng)為反時(shí)限特性。

延時(shí)環(huán)節(jié)是由時(shí)間繼電器組成，過(guò)載的時(shí)候，電流繼電器動(dòng)作，觸點(diǎn)接通時(shí)間繼電器線圈，經(jīng)過(guò)延時(shí)后，時(shí)間繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，切斷主回路的電源，并同時(shí)發(fā)出過(guò)載信號(hào)。過(guò)載保護(hù)有可以通過(guò)電磁式繼電器、電子式繼電器和熱繼電器來(lái)完成。

3)斷相保護(hù):電動(dòng)機(jī)在正常工作的時(shí)候，因?yàn)殡娋W(wǎng)故障或者一相熔斷器熔斷引發(fā)對(duì)稱(chēng)三相電源少了一相，電動(dòng)機(jī)就會(huì)在缺相電源中低速運(yùn)轉(zhuǎn)，定子電流過(guò)大，是引發(fā)電動(dòng)機(jī)絕緣和繞組損壞等常見(jiàn)的故障之一。斷相的時(shí)候，負(fù)載的大小、繞組的接法等相關(guān)因素，致使相電流和線電流的變化產(chǎn)生過(guò)大的差異。斷相保護(hù)使用負(fù)序保護(hù)原理，如果線路電流高于負(fù)荷額定電流的足夠倍數(shù)的時(shí)候，便開(kāi)始動(dòng)作，電子式繼電器和熱繼電器都可以達(dá)到斷相保護(hù)的目的。

2.3 接地保護(hù)

在正常工作的情況下，電氣設(shè)備內(nèi)部的絕緣層能夠有效地預(yù)防內(nèi)部的電流，避免金屬殼帶電，但是如果內(nèi)部的絕緣層出現(xiàn)損壞，就有可能使得電氣設(shè)備的絕緣層帶電，進(jìn)而使得人身傷亡。為了預(yù)防電氣設(shè)備外殼帶電，這就需要對(duì)電氣設(shè)備實(shí)行接地的處理，進(jìn)而預(yù)防過(guò)大的電流經(jīng)過(guò)人體的時(shí)候給人體帶來(lái)較大的損害，最終為操作人員的生命安全提供可靠的保障。

2.4 失壓保護(hù)

電氣設(shè)備在工作正常的情況下，會(huì)因電源電壓的消失而停止運(yùn)行，這樣在電源電壓恢復(fù)的時(shí)候，電氣設(shè)備的自行啟動(dòng)會(huì)致使人身事故或者設(shè)備損壞。對(duì)應(yīng)供系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，很多電氣設(shè)備一塊啟動(dòng)和工作，也會(huì)引發(fā)不允許的過(guò)電流和壓降。同時(shí)，熱類(lèi)設(shè)備容易引起火災(zāi)。為了預(yù)防電壓恢復(fù)的時(shí)候，電氣設(shè)備的自行啟動(dòng)或者是在投入工作的時(shí)候采用接觸器和按鈕控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或者保持和停止，這樣就會(huì)擁有失壓保護(hù)的功能。

3 結(jié)語(yǔ)

煤礦電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)的保護(hù)在煤礦安全生產(chǎn)和產(chǎn)量的提高上具有重要的作用。因此，這就需要相關(guān)技術(shù)人員在設(shè)計(jì)和安裝的過(guò)程中，必須充分考慮到煤礦供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的特殊使用環(huán)境，只有做好相應(yīng)的防護(hù)工作，才能保證電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)，煤礦企業(yè)也要注重高科技的運(yùn)用，進(jìn)一步提高煤礦系統(tǒng)的安全性和可靠性。

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