關(guān)于煤礦井下饋電開關(guān)智能保護器的有關(guān)思考

【摘要】由于煤礦井下的惡劣環(huán)境和長距離的供電要求，經(jīng)常會出現(xiàn)漏電、短路現(xiàn)象，針對于傳統(tǒng)的低壓饋電開關(guān)保護電路的復(fù)雜性，無法很好地保證供電的安全性。因此，技術(shù)性能高、容量大的低壓饋電開關(guān)保護器則成了研究重點。本文從分類、標(biāo)準(zhǔn)及國內(nèi)發(fā)展趨勢對煤礦井下低壓饋電開關(guān)保護器的進行了概述，分析了煤礦井下低壓電網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)的的故障危險及相應(yīng)的保護原理。

【關(guān)鍵詞】煤礦井下；低壓饋電開關(guān)；智能保護器

電力系統(tǒng)是現(xiàn)代化煤礦的動力，它不僅影響著生產(chǎn)，更關(guān)系到人員與設(shè)備的安全性，要保證實現(xiàn)煤礦安全、高效、穩(wěn)定的運行與發(fā)展，擁有一個穩(wěn)定、安全、連續(xù)的電力系統(tǒng)顯得越來越重要，因此，要不斷地提高井下供電系統(tǒng)的自動化程度。針對于單臺機和機群而言，自動化程度的標(biāo)準(zhǔn)又不相同：對于單臺機而言，要求實現(xiàn)自動化、模塊化、智能化；對于多臺低壓饋電開關(guān)，則需要實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信、集中監(jiān)控。低壓饋電開關(guān)智能保護器是井下電網(wǎng)中重要的電器元件，其目的是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，控制動作電路，迅速切除故障部分，防止故障的擴大，實現(xiàn)正常、安全、穩(wěn)定的運行。

1、煤礦井下低壓饋電開關(guān)智能保護器的概述

1.1工作原理

電流互感器、電壓互感器將采集而來的電流、電壓都相應(yīng)地轉(zhuǎn)換成0.5V的電壓信號，經(jīng)過調(diào)理濾波后，轉(zhuǎn)化后的信號送入A/D轉(zhuǎn)換芯片2345內(nèi)，再由單片機對該信號進行運算；用18點均方根算法，對電流進行采樣，計算電壓小于額定電壓的0.65倍，則自動顯示欠壓狀態(tài)；計算出來的任何一組電流值大于額定電流設(shè)定的倍數(shù)，當(dāng)功率因數(shù)滿足條件時自動顯示為短路；通過鍵盤設(shè)定1.6、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、8.0、10.0倍作為擋位，并在100ms內(nèi)斷開饋電開關(guān)；依據(jù)反時限保護原理，當(dāng)電流值大于額定電流的1.2倍以上，顯示為過載，從而自動切斷開關(guān)，實現(xiàn)保護。

1.2分類

我國煤礦井下使用的饋電開關(guān)主要由以下四類：一是，DW15裝置式斷路器，早已停產(chǎn)。二是，DW10系列斷路器的饋電開關(guān)。這類斷路器的饋電開關(guān)保護器只具有短路保護功能，會造成產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，按照相關(guān)規(guī)定已經(jīng)淘汰。三是，電子式保護器屬于集成電路型，具有短路、過載以及漏電保護，同時具有功耗小、性能穩(wěn)定的特點；但是成本高、電路操作比較復(fù)雜、自動化程度較低，逐漸不適應(yīng)現(xiàn)代化礦井的需要。四是，智能式電子保護器，功能齊全，

1.3標(biāo)準(zhǔn)要求

《煤礦安全規(guī)程》中針對礦井供電系統(tǒng)的核心作用，規(guī)定“井下有采區(qū)變電所、移動變電站或配電站銀川的饋電線上，應(yīng)裝設(shè)短路、過負(fù)荷和漏電保護裝置?！别侂婇_關(guān)要起到到短路、過載以及漏電等故障的保護作用，因此，饋電開關(guān)要具有以下性能：一要具有選擇性。能有選擇性地切除電網(wǎng)中發(fā)生故障的電路分支，保證其他非故障電路供電的連續(xù)、穩(wěn)定性，將供電中斷的范圍盡量地縮小。二要保證可靠性。該保護系統(tǒng)要能準(zhǔn)確地判斷不同支路的故障，當(dāng)其他支路發(fā)生故障時，本支路保護不應(yīng)該發(fā)出跳閘指示，要可靠地執(zhí)行命令，不要產(chǎn)生誤動現(xiàn)象。三要反應(yīng)快速、靈敏。當(dāng)支路發(fā)生故障時，保護系統(tǒng)要反應(yīng)快速、靈敏，要準(zhǔn)確地反應(yīng)出是否為保護范圍內(nèi)發(fā)生故障，要防止故障范圍擴大。

1.4國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

從發(fā)展硬件來分，國內(nèi)的低壓饋電開關(guān)主要經(jīng)歷了機電式、半導(dǎo)體式、微型計算機式等發(fā)展階段。上世紀(jì)50年代前，國內(nèi)煤礦主要是使用從前蘇聯(lián)引進的饋電開關(guān)（仿蘇DW80系列），這樣的開關(guān)技術(shù)性不良、故障多、容量小、分析和判斷能力低，壽命短。70年代末，我國主要使用從德國引進的設(shè)備，但由于與國內(nèi)的配電方式不同，加上昂貴的價格、超長的配件周期，影響著企業(yè)的發(fā)展。90年代初，在引進的基礎(chǔ)上，國內(nèi)注重了研究與開發(fā)。目前國內(nèi)使用的大多是集中在額定電壓660V/1140W的BKD系列。近年來，自適應(yīng)機電保護器和智能故障診斷技術(shù)，利用模糊理論及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自身特點形成的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到高度重視。

2、煤礦井下低壓電網(wǎng)的故障危險

漏電。采煤區(qū)低壓電纜如果發(fā)生漏電，會損壞機器設(shè)備，進而造成短路，嚴(yán)重時，還會導(dǎo)致瓦斯爆炸，人身觸電等危險事故發(fā)生。設(shè)備間碰殼。電氣設(shè)備相互間碰殼時，最容易發(fā)生人身觸電事故。相間短路。兩相或三相短路，主要由于電纜的絕緣老化和電氣設(shè)備的匝間短路引起的，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并排除故障，很容易造成電氣設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，更嚴(yán)重的可以引起火災(zāi)、瓦斯、煤半爆炸的重大事故。超負(fù)運行。長期的超負(fù)荷運行，電氣設(shè)備會由于過熱而損壞，加上電纜的老化，都會造成不同程度的漏電和短路，也會造成煤塵、瓦斯的爆炸。

3、煤礦井下低壓電網(wǎng)的保護原理及應(yīng)用

3.1煤礦井下低壓電網(wǎng)的保護原理

一是基于功率因素檢測的相敏保護原理，保護對稱短路，及可以擴大保護范圍的同時，又能提高靈敏度。二是根據(jù)負(fù)序電流保護原理，來處理斷相和不對稱短路等多種不對稱故障。三是依據(jù)零序電流方向保護原理，根據(jù)零序電壓和電流的相位關(guān)系，對漏電和漏電閉鎖進行選擇性保護。四是根據(jù)反時限動作原理，采用鑒幅式方法，提高電網(wǎng)保護的可靠性。五是依據(jù)鑒幅式原理，對欠壓進行保護，避免電網(wǎng)在不正常電壓下的長期運行，保護電網(wǎng)。

3.2煤礦井下低壓電網(wǎng)的保護原理應(yīng)用

3.2.1短路保護。供電系統(tǒng)中不等電位的導(dǎo)體在電氣上的短接，造成短路回路阻抗小，回路中有很大的電流在流通。常見的短路故障有三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地管路及變壓器繞組匝間短路等。目前，低壓短路的保護原理主要是相敏保護原理、電流幅值鑒別法、負(fù)序電流保護原理等。

3.2.2漏電保護。漏電保護是饋電開關(guān)的必備保護功能，主要針對過流保護、漏電保護以及保護接觸。在電網(wǎng)投入前和運行過程兩個階段起到不同的作用。在投入前，對電網(wǎng)和電動機進行絕緣檢測，一旦檢測到線路發(fā)生漏電現(xiàn)象時，閉鎖保護裝置會開啟開關(guān)或者是將磁力啟動器閉鎖，這個過程稱之為漏電閉鎖保護功能。在運行中，如果檢測到漏電，會斷開故障線路，停止供電。目前，漏電保護原理主要有零序電流方向保護、附加直流電源檢測、零序電壓保護原理等。

3.2.3過載保護。過載也稱為過負(fù)荷，是井下一種非正常的運行狀態(tài)。過載后，電流相位對稱，額定電流小于幅值。一定時間和溫度內(nèi)，過載是可以存在的，但是超過長時間的過載則會造成大多熱量的積累，會導(dǎo)致線路和設(shè)備溫度過高、加速絕緣老化速度，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至?xí)p壞設(shè)備，造成火災(zāi)爆炸。

3.2.4欠壓保護。欠壓是指電網(wǎng)電壓下降至額定電壓的3/4時，進行延時跳閘保護。如配電電路或者是供電系統(tǒng)發(fā)生短路時，供電電壓會短時間下降或消失，這個時候，如果負(fù)荷過重、電壓恢復(fù)較慢，電動機將長時間處于起動狀態(tài)。相對應(yīng)的電動機和配電系統(tǒng)會受到很大的起動電流的沖擊。長期以往，導(dǎo)致電動機會絕緣過熱而損壞機器。同時，如果在正常供電過程中，出現(xiàn)電壓下降，額定負(fù)載下也容易引起過電流，造成機器損毀。欠壓保護一般采用鑒幅式保護原理。

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