相敏保護(hù)在煤礦井下供電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

趙磊磊

（江蘇礦業(yè)工程集團(tuán)公司第四工程處,江蘇　徐州　221140）

相敏保護(hù)在煤礦井下供電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

趙磊磊

（江蘇礦業(yè)工程集團(tuán)公司第四工程處,江蘇徐州221140）

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦企業(yè)中出現(xiàn)了更多的高產(chǎn)高效礦井，煤礦的機(jī)械化程度也隨之提高，煤礦生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的裝機(jī)容量越來(lái)越大，使得電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流增大。傳統(tǒng)的短路不能已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化礦井供電系統(tǒng)短路保護(hù)的需要。而借助相敏短路保護(hù)，跟傳統(tǒng)意義上的計(jì)算方法進(jìn)行比較，設(shè)定的短路電流值較小。傳統(tǒng)意義上的計(jì)算方法將短路電流整定值計(jì)算出來(lái)之后，借助相敏短路保護(hù)僅僅需要取其它的系數(shù)整定就可以。為此，本文闡述了相敏保護(hù)的必要性、相敏保護(hù)的原理、相敏保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，以及相敏保護(hù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：相敏保護(hù)；煤礦；供電系統(tǒng)；應(yīng)用

0　引言

由于煤礦井下供電系統(tǒng)所處的環(huán)境非常惡劣，設(shè)備受潮，絕緣老化的現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)，特別是在有些設(shè)備受到機(jī)械損傷時(shí)沒(méi)有及時(shí)加以維護(hù)，都會(huì)影響煤礦的安全生產(chǎn)。這些因素的存在都可能引起煤礦企業(yè)井下供電線路和電氣設(shè)備缺相或短路故障發(fā)生，如果不能及時(shí)處理這些線路故障和設(shè)備，可能會(huì)引發(fā)更為嚴(yán)重的事故。所以說(shuō)如果及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)斷相或短路故障時(shí)，一定要及時(shí)迅速處理好，及時(shí)進(jìn)行排除故障，防止事故發(fā)生蔓延，從而造成更大的事故，造成更大的傷亡。目前這種故障的狀態(tài)主要是靠過(guò)電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)，過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作值的整定是按照躲過(guò)最大容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流或者和它同時(shí)運(yùn)行的電氣設(shè)備的額定電流之和作為依據(jù)，當(dāng)煤礦井下供電線路短路電流過(guò)大時(shí)，這種整定方式就能滿(mǎn)足過(guò)電流保護(hù)靈敏度的要求。由于我們現(xiàn)在煤礦企業(yè)井下使用的很大電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流較大，其啟動(dòng)電流值與線路出現(xiàn)短路故障時(shí)出現(xiàn)的電流值相近，這就使出現(xiàn)短路故障時(shí)較難整定。一般的保護(hù)裝置是將短路電流的整定值設(shè)為電動(dòng)機(jī)的額定電流的十倍，這樣就能躲開(kāi)起動(dòng)電流。如果起動(dòng)電流較大時(shí)，因不能區(qū)別出三相短路或電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)，就容易發(fā)生誤動(dòng)作。有的保護(hù)裝置是利用延時(shí)的方法來(lái)躲開(kāi)正常起動(dòng)，這種做法也不是很妥當(dāng)，因?yàn)槿绻倨饎?dòng)的過(guò)程中恰好出現(xiàn)短路故障時(shí)，就不能對(duì)故障的線路進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于相敏保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，恰好能解決這些問(wèn)題，能起到真正保護(hù)的目的。本文重點(diǎn)就是論述相敏保護(hù)裝置在現(xiàn)代化礦井供電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1　相敏保護(hù)的必要性

在新的形勢(shì)下，煤礦采掘面進(jìn)一步地延伸，可是相應(yīng)的電纜橫截面積和電氣設(shè)備容量等未能夠得以提高，這嚴(yán)重地制約了短路保護(hù)的場(chǎng)地的應(yīng)用，而通過(guò)傳統(tǒng)意義上的整定短路的方法，或者是實(shí)施分段保護(hù)的策略、或者是使得電纜的橫截面積增加、或者是增加變壓器的容量。然而，難以在短時(shí)間內(nèi)增加變壓器的容量，實(shí)施并聯(lián)變壓器的策略難以實(shí)現(xiàn)高的安全要求、投入資金多，以及不利于巷道布置的合理性，而使電纜橫截面積增加的策略?xún)H僅可以并聯(lián)應(yīng)用電纜，如此不但制約空間狹小的巷道質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化工程，而且應(yīng)用多根電纜使得電纜的故障點(diǎn)增多，而實(shí)施分段保護(hù)的策略，一方面使得保護(hù)開(kāi)關(guān)的應(yīng)用量增多，另一方面分段保護(hù)具有相應(yīng)的危險(xiǎn)性，且發(fā)生了故障之后，同時(shí)應(yīng)用多個(gè)開(kāi)關(guān)使得判斷場(chǎng)地故障的難度提高，進(jìn)而不能夠迅速地將故障排除。這不利于煤礦的順利生產(chǎn)。鑒于此，在煤礦井下供電系統(tǒng)中應(yīng)用相敏保護(hù)是必然的。

2　相敏保護(hù)的原理

在對(duì)供電設(shè)備和線路在斷相以及短路情況下電壓、電流相位的改變，能夠發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)電機(jī)過(guò)程中的相位有顯著的改變，在發(fā)生故障的時(shí)候，會(huì)存在幾相或者是一相電壓與電流相位差超前或者是接近零，在啟動(dòng)電機(jī)的過(guò)程中，電流相位一直屬于滯后的電壓，并且比正常工作過(guò)程中的相位差增大，憑借這個(gè)特性能夠?qū)υO(shè)備或者是供電線路一系列過(guò)電流是因?yàn)榉钦顟B(tài)還是大容量電機(jī)導(dǎo)致的過(guò)電流進(jìn)行區(qū)分，盡管是比較小的斷相以及短路電流也可以很好地加以區(qū)別，進(jìn)而使過(guò)電流整定的動(dòng)作值得以減小，以及使過(guò)電流保護(hù)靈敏的程度大大地增強(qiáng)。結(jié)合這個(gè)原理進(jìn)行分析，需要對(duì)電壓相位差和電流相位差實(shí)施電流保護(hù)之相敏過(guò)保護(hù)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3　相敏保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

設(shè)備或供電線路通過(guò)I-V轉(zhuǎn)換電路以及電流互感器，轉(zhuǎn)化電流信號(hào)及其電流是一定比例之電壓信號(hào)V，此信號(hào)以整形電路以及移相的方式形成等同于電流相位的方波信號(hào)。向信號(hào)比較電路輸送的電流和電壓方波信號(hào)電路在電壓相位快于電流相位的過(guò)程中，將電壓與電流相位差一致的方波信號(hào)輸出。然而，電流相位快于電壓相位的過(guò)程中，此電路不能夠把信號(hào)進(jìn)行輸送，它借助信號(hào)比較電路對(duì)電壓與電流的相位差進(jìn)行比較，對(duì)因?yàn)閿嘞唷⒍搪?、啟?dòng)大容量電機(jī)而導(dǎo)致的過(guò)電流，借助相位整定的電路，能夠?qū)﹄妷阂约半娏飨辔徊顒?dòng)作范圍進(jìn)行調(diào)整，并且借助電流整定電路能夠?qū)^(guò)電流的最大值進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而確保設(shè)備或供電線路超出這個(gè)整定值的過(guò)程中可以迅速地跳閘。

4　相敏保護(hù)的應(yīng)用

在煤礦井下倘若實(shí)施傳統(tǒng)意義上的普通方法難以整定供電場(chǎng)合，從而無(wú)法有效地保護(hù)供電系統(tǒng)。倘若實(shí)施相敏保護(hù)，能夠降低短路電流整定值，以及確保啟動(dòng)電機(jī)過(guò)程中的大電流（超出或者是實(shí)現(xiàn)短路整定值），不會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)的跳閘，由于相敏保護(hù)的長(zhǎng)處是可以將線路當(dāng)中的短路電流、啟動(dòng)電流、大電流進(jìn)行區(qū)分，倘若線路當(dāng)中發(fā)生短路電流，那么開(kāi)關(guān)能夠瞬間地動(dòng)作。

相敏短路保護(hù)的應(yīng)用，僅僅需要取其它的系數(shù)整定就可以，并且保障短路過(guò)程中的保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)電機(jī)的時(shí)候，盡管線路電流比整定值大，保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作，因而使得短路保護(hù)的安全性與穩(wěn)定性得以增強(qiáng)。

5　結(jié)論

綜上所述，在煤礦井下供電系統(tǒng)中應(yīng)用相敏保護(hù)，使得相敏保護(hù)的穩(wěn)定性與先進(jìn)行得以驗(yàn)證,相敏保護(hù)能很好地實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)的功能，又提高了電流保護(hù)動(dòng)作的可靠性，又解決了井下低壓電網(wǎng)大功率電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題，并且使得供電的安全性大大地提高，將煤礦井下采掘所面臨的短路保護(hù)問(wèn)題解決，在沒(méi)有提高當(dāng)前有關(guān)生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)的情況下，大大地提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及場(chǎng)地管理水平，體現(xiàn)出了科學(xué)技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)，奠定了進(jìn)一步推廣相敏短路保護(hù)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋建成,王雁欣.基于功率因數(shù)檢測(cè)的礦井低壓電網(wǎng)相敏保護(hù)的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999（02）：40-41.

[2]馮建勤，宋寅卯.基于電流采樣值的相敏過(guò)電流保護(hù)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2006（03）：79-80.

[3]李霞.礦用低壓隔爆型磁力啟動(dòng)器智能保護(hù)器的研制[D].西安：西安科技大學(xué)，2007.

[4]王啟龍，王艷.談?wù)劧嗷芈方M合開(kāi)關(guān)的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2004（03）：43-44.

[5]張繼紅.基于 PLC 控制的3.3kV 移動(dòng)變電站測(cè)控系統(tǒng)的研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2004.

作者簡(jiǎn)介：趙磊磊（1985—），男，湖北十堰人。2007年畢業(yè)于河南理工大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，助理工程師，從事機(jī)電技術(shù)與管理工作。