煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的管理

張曉宇 莊永順

（山西魯能河曲電煤開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 上榆泉煤礦，山西 忻州 036504）

近年來(lái)，我國(guó)煤礦行業(yè)取得了較快的發(fā)展，但井下煤礦安全事故頻繁發(fā)生，人們對(duì)煤礦的安全越來(lái)越重視，特別是井下供電系統(tǒng)繼電保護(hù)問(wèn)題。繼電保護(hù)裝置作為井下重要供電系統(tǒng)設(shè)備，對(duì)供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性具有非常重要的影響，因此需要做好井下供電系統(tǒng)繼電保護(hù)工作，這不僅有利于推動(dòng)煤礦企業(yè)的健康發(fā)展．而且對(duì)提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全也具有非常重要的意義。

一、煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)概況

近些年來(lái)，隨著煤礦企業(yè)不斷的發(fā)展，先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)中。而這些設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用對(duì)供電系統(tǒng)的需求較大，這就在一定程度上加大了供電系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，使得煤礦供電系統(tǒng)短路故障越來(lái)越多。變壓器和電機(jī)等大型機(jī)電設(shè)備使用過(guò)程中，受其層間、匝間影響而出現(xiàn)相應(yīng)短路故障。一旦出現(xiàn)短路故障，就會(huì)使整個(gè)供電系統(tǒng)局部電網(wǎng)出現(xiàn)電壓下降問(wèn)題，這種情況下如有強(qiáng)大電流通過(guò)電氣設(shè)備，電氣設(shè)備就會(huì)產(chǎn)生一定熱量，最終使電機(jī)設(shè)備發(fā)熱或過(guò)載，從而損壞電機(jī)設(shè)備甚至使電機(jī)設(shè)備報(bào)廢。而如果電機(jī)設(shè)備此時(shí)不能正常運(yùn)行，電相就會(huì)出現(xiàn)中斷、過(guò)負(fù)荷、中性點(diǎn)不接地等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)單相接地。雖然這些現(xiàn)象相較于故障破壞程度要輕，但如果不及時(shí)解決不穩(wěn)定現(xiàn)象，長(zhǎng)此以往負(fù)荷就會(huì)使絕緣老化，引起相斷線故障甚至使電機(jī)過(guò)負(fù)荷。

二、煤礦礦井供電系統(tǒng)繼電保護(hù)分類(lèi)

為了能夠有效的提高電力設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，減少事故所造成的影響和損失，則需要在煤礦井下變配電所內(nèi)的線路及重要設(shè)備上進(jìn)行保護(hù)裝置的裝設(shè)，這些保護(hù)裝置主要以主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)為主，在煤礦井下變配電所內(nèi)，定時(shí)限電流保護(hù)、速斷保護(hù)、反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)及變壓器的瓦斯保護(hù)等都是較為常采用的繼電保護(hù)方式。

（一）主保護(hù)

煤礦礦井供電系統(tǒng)主保護(hù)裝置，能夠在第一時(shí)間將被設(shè)備及線路故障進(jìn)行切除，在主保護(hù)時(shí)，能夠無(wú)時(shí)限或帶有一定時(shí)限來(lái)對(duì)設(shè)備或是線路故障進(jìn)行切除，有效的確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，滿(mǎn)足設(shè)備安全運(yùn)行的要求。

（二）后備保護(hù)

主保護(hù)后備保護(hù)主要是在主保護(hù)設(shè)備或是斷路器出現(xiàn)拒動(dòng)時(shí)，能夠及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行切除，或是結(jié)束異常情況。因此，在煤礦礦井變配電所內(nèi)，對(duì)于一些重經(jīng)設(shè)備和線路，在采用主保護(hù)的同時(shí)，還需要進(jìn)行后備保護(hù)和輔助保護(hù)的裝設(shè)。在裝設(shè)后備保護(hù)時(shí)，主要以近后備保護(hù)及遠(yuǎn)后備保護(hù)為主。

二、煤礦礦井供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的原理

繼電器是電氣工程自動(dòng)化設(shè)備中的主要設(shè)備之一，是根據(jù)電壓或電力信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)控制電路而達(dá)到自動(dòng)控制保護(hù)的電力系統(tǒng)，繼電器通過(guò)接觸器直接控制主電路；繼電器的系統(tǒng)分為控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，也就是輸入回路和輸出回路，該系統(tǒng)的各自分組利用小電流實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)大電流的控制，用一個(gè)小的電流控制一個(gè)較大的電流，相當(dāng)于在自動(dòng)化電氣中安裝自動(dòng)開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。繼電器可輸入變量的感應(yīng)范圍還可以進(jìn)行自動(dòng)化控制電流大小，繼電器在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，借助感應(yīng)系統(tǒng)作為執(zhí)行系統(tǒng)控制主電路，通過(guò)對(duì)輸入量的數(shù)據(jù)分析更好的控制主電路。繼電器還可以根據(jù)溫度、電壓和電流等輸入量對(duì)電路的通常程度進(jìn)行控制，繼電器的發(fā)展逐漸彌補(bǔ)了傳統(tǒng)繼電器的缺陷，被廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備中。礦井下接地保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)和短路保護(hù)是供電系統(tǒng)的三大保護(hù)，井下的惡劣工作環(huán)境造成漏電的事故時(shí)有發(fā)生，井下的漏電保護(hù)裝置因?yàn)槁╇姲l(fā)生短路，此時(shí)短路保護(hù)裝置成為漏電的保護(hù)裝置，當(dāng)電氣設(shè)備失去短路保護(hù)，發(fā)生短路的線路與外殼相連容易發(fā)送漏電故障，漏電保護(hù)可以及時(shí)切斷電源，如果電氣設(shè)備漏電嚴(yán)重導(dǎo)致設(shè)備表面發(fā)生漏電情況，接地保護(hù)可以及時(shí)分散電流，防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，三大保護(hù)之間相互牽制保障井下用電安全。煤礦惡劣的作業(yè)環(huán)境，瓦斯或粉塵爆炸對(duì)井下作業(yè)人員造成嚴(yán)重的威脅，做好電力系統(tǒng)的安全保障工作是供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)。煤礦井下電力系統(tǒng)通常電流容量較大，大部分處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，容易發(fā)生短路事故，在供電系統(tǒng)中安裝繼電保護(hù)裝置可以有效監(jiān)控過(guò)電流保護(hù)情況。當(dāng)電力系統(tǒng)絕緣性能下降時(shí)不僅會(huì)發(fā)生漏電還容易導(dǎo)致電流設(shè)備的損害，若電力系統(tǒng)的絕緣性能下降，設(shè)備外殼出現(xiàn)連電現(xiàn)象，采用接地保護(hù)裝置及時(shí)保護(hù)設(shè)備，防止事故范圍的擴(kuò)大，提高井下用電安全。

三、加強(qiáng)煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)管理的對(duì)策

（一）對(duì)誤動(dòng)和拒動(dòng)現(xiàn)象要控制得當(dāng)

誤動(dòng)和拒動(dòng)是多數(shù)繼電保護(hù)系統(tǒng)最常出現(xiàn)也最難避免的問(wèn)題，一旦發(fā)生，往往會(huì)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。而煤礦是非常敏感的區(qū)域，任何意外都有可能引發(fā)難以想象的悲劇，在安全生產(chǎn)重于泰山的今天，避免拒動(dòng)及誤動(dòng)造成的潛在危害更顯得尤為重要。拒動(dòng)與誤動(dòng)的發(fā)生有很多錯(cuò)綜復(fù)雜的原因，元件問(wèn)題、回路設(shè)計(jì)問(wèn)題、維護(hù)水平不足、試驗(yàn)分析不到位、裝置配置不良、整定配合不合理等，都會(huì)導(dǎo)致拒動(dòng)及誤動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。雖然煤礦與超高壓輸電線路對(duì)繼電保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)方面的精準(zhǔn)要求并不相同，但礙于煤礦生產(chǎn)井下作業(yè)、人員密集度大、不易逃生等多方面因素，對(duì)煤礦供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)也應(yīng)做好拒動(dòng)及誤動(dòng)的控制工作。因此，最好注意以下兩點(diǎn)：首先，重要的元件能夠互相作為備用。其次，保護(hù)配置及整定配合時(shí)應(yīng)充分考慮到開(kāi)關(guān)拒動(dòng)及保護(hù)等情況。

（二）注意繼電保護(hù)的可靠性、速動(dòng)性、選擇性與靈敏性

保護(hù)裝置能夠在短時(shí)間內(nèi)有所反應(yīng)會(huì)增強(qiáng)整體的有效性與可靠性。結(jié)合繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中的整體作用可見(jiàn)，多數(shù)多相故障都從單相故障中發(fā)展出來(lái)，假如保護(hù)裝置可以較快動(dòng)作的話就能夠在一定程度上降低多相故障的發(fā)生率。對(duì)于煤礦供電系統(tǒng)而言，無(wú)論是單相故障還是多相故障都會(huì)給煤礦安全帶來(lái)巨大威脅，因此，應(yīng)極力避免任何故障的發(fā)生，這就要繼電保護(hù)盡量提高速動(dòng)性。同樣的道理，選擇性與靈敏性也是多數(shù)繼電保護(hù)裝置所面臨的基本要求，無(wú)疑也應(yīng)做好這幾個(gè)方面的工作。

（三）注重保護(hù)裝置的簡(jiǎn)便性與實(shí)用性

對(duì)于繼電保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)化保護(hù)的復(fù)雜程度能夠有效地提升保護(hù)效果，增加裝置整體的可靠性。在滿(mǎn)足供電系統(tǒng)需求的前提下，做到恰當(dāng)安排、統(tǒng)籌兼顧，盡量使保護(hù)裝置簡(jiǎn)潔化、實(shí)用化。不過(guò)需要注意，給保護(hù)裝置減負(fù)的同時(shí)不能造成安全隱患的增加，要能夠使“減肥”后的保護(hù)裝置不失保護(hù)作用，也不會(huì)留下安全漏洞，這樣才能夠通過(guò)“減肥”增強(qiáng)整體的穩(wěn)定性與可靠性。

（四）積極借鑒先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)

煤礦安全問(wèn)題一直牽動(dòng)著國(guó)人的神經(jīng)，電能也是煤礦運(yùn)行中的重要能源，保障電能的穩(wěn)定可靠對(duì)于保障煤礦安全意義重大，對(duì)此，我們不僅要充分結(jié)合國(guó)內(nèi)煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)管理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，還要放眼世界煤礦開(kāi)采行業(yè)的繼電保護(hù)管理，選擇性地學(xué)習(xí)并吸取先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)，從而使我們的管理工作更上一層樓。繼電保護(hù)屬于很實(shí)用的一門(mén)技術(shù)，不同國(guó)家都在自身傳統(tǒng)習(xí)慣的基礎(chǔ)上結(jié)合了現(xiàn)代的技術(shù)手段，摸索出比較適合于本國(guó)國(guó)情的技術(shù)模式，我們?cè)诮梃b時(shí)要注重對(duì)方國(guó)家的實(shí)際情況，比如地質(zhì)問(wèn)題以及煤礦生產(chǎn)情況等，通過(guò)對(duì)比研究，并結(jié)合我們自己的實(shí)際情況，一步步進(jìn)行摸索和實(shí)踐，這個(gè)過(guò)程中一定要以安全為第一要?jiǎng)?wù)，務(wù)必保障井下工人的人身安全。

（五）合理設(shè)計(jì)及選擇保護(hù)裝置

保護(hù)裝置的選擇要依照煤礦供電系統(tǒng)的運(yùn)行與接線特點(diǎn)來(lái)配備。比如煤礦電壓在10kv 大小的供電系統(tǒng)，基本上相間短路的保護(hù)裝置與單相接地的高壓漏電裝置就能夠滿(mǎn)足實(shí)際保護(hù)需求。在安裝時(shí)最好遵循以下原則：首先，地面的變電所中，高壓開(kāi)關(guān)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)電流保護(hù)、選擇性檢漏保護(hù)及電流速斷保護(hù)；其次，當(dāng)容量在三百二十千伏安以下時(shí)，一次側(cè)變壓器可使用熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)，二次側(cè)應(yīng)通過(guò)自動(dòng)的空氣開(kāi)關(guān)實(shí)施短路保護(hù)，電力電容器應(yīng)采取電流速斷的保護(hù)方式，對(duì)于電容器可能發(fā)生的內(nèi)部故障，可進(jìn)行熔斷器保護(hù)；第三，礦井下的變電所的高壓開(kāi)關(guān)，可以采取瞬時(shí)動(dòng)作過(guò)流脫扣器進(jìn)行電流保護(hù)，還要兼具失壓保護(hù)與高壓選漏的保護(hù)方式。低壓開(kāi)關(guān)可以采用電流保護(hù)與檢漏保護(hù)。

（六）合理設(shè)計(jì)整定方案

整定方案對(duì)于繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行意義重大，因此，應(yīng)對(duì)整定方案做好設(shè)計(jì)工作，計(jì)算出短路電流與保護(hù)定值，變電所的母線適宜采取分段運(yùn)行的方式，以便減小總進(jìn)線盤(pán)，并縮小事故范圍。不過(guò)，分段運(yùn)行還需要保證任一回路有能力負(fù)載全部負(fù)荷。另外，選擇時(shí)限要能夠與最大設(shè)備起動(dòng)電流的時(shí)間錯(cuò)開(kāi)。除此之外也不要忘記對(duì)靈敏系數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。

（七）做好定期檢查及日常管理工作

如果繼電保護(hù)設(shè)備是新安裝的，那么應(yīng)及時(shí)做好全面檢查工作，對(duì)于已經(jīng)投入運(yùn)行的保護(hù)裝置，也要進(jìn)行定期的檢查。因?yàn)樨?fù)荷基本上是經(jīng)常變化的，而且煤礦特殊的工作環(huán)境也需要人們進(jìn)行定期檢查。原則上講，應(yīng)該每年都進(jìn)行一次電氣試驗(yàn)，不過(guò)目前的實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本上不防爆，因此采礦區(qū)的變電所中的繼電保護(hù)裝置一般只有一次全面試驗(yàn)機(jī)會(huì)，就是在下井之前的進(jìn)風(fēng)巷中進(jìn)行電氣試驗(yàn)。做好定期檢查的同時(shí)，也要做好日常管理工作。應(yīng)該采用包制到人的方式，任命專(zhuān)門(mén)的技術(shù)員等，使繼電保護(hù)管理能夠落到實(shí)處。并且還要做好相關(guān)技術(shù)資料管理工作。

總之，繼電保護(hù)作為保護(hù)供電系統(tǒng)重要裝置，其在煤礦供電系統(tǒng)中有重要作用，不僅能保證煤礦供電系統(tǒng)安全有序進(jìn)行，同時(shí)也能保證煤礦生產(chǎn)質(zhì)量，避免不必要的供電故障，而使煤礦生產(chǎn)工作不能順利進(jìn)行。然而，繼電保護(hù)工作畢竟是一項(xiàng)技術(shù)性較強(qiáng)的工作，其在實(shí)際工作中一旦選取的處理方法不當(dāng)，不僅會(huì)影響煤礦生產(chǎn)效率，也會(huì)給煤礦生產(chǎn)帶來(lái)一定安全隱患。