基于煤礦供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的保護(hù)

秦飛飛

【摘 要】電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)的保護(hù)是煤礦安全的重要組成部分，對(duì)煤礦企業(yè)的開發(fā)和生產(chǎn)起著極其重要的作用。在煤礦生產(chǎn)過程中，繼電保護(hù)裝置廣泛用于煤礦供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的保護(hù)。然而，隨著科學(xué)技術(shù)，特別是網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦企業(yè)越來越重視高科技技術(shù)的應(yīng)用。特別是智能電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛。

【關(guān)鍵詞】煤礦供電系統(tǒng)；電氣設(shè)備保護(hù)

一、保護(hù)裝置及其原理

眾所周知，用于保護(hù)煤礦中的供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的裝置是繼電器。隨著科學(xué)技術(shù)，特別是網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，其保護(hù)系統(tǒng)正逐步向智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展。在煤礦硬件方面，微處理器也被廣泛使用和開發(fā)，主要使用繼電保護(hù)裝置。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，微電子技術(shù)，信息技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等各種科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。整個(gè)系統(tǒng)的可靠性得到了很大提高，從而保證了生產(chǎn)質(zhì)量。電源系統(tǒng)和電氣設(shè)備的保護(hù)裝置-繼電器，是一種能夠在運(yùn)行過程中反映系統(tǒng)的故障和異常狀態(tài)。以及通過設(shè)備處理或發(fā)送緊急信號(hào)的自動(dòng)設(shè)備。保險(xiǎn)絲，繼電器和繼電器等設(shè)備可提供保護(hù)和應(yīng)急響應(yīng)。電路中的電流處于上升狀態(tài)，使熔絲無法有效滿足需求，并且繼電器和接觸器廣泛用于煤礦供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備保護(hù)應(yīng)用。繼電保護(hù)裝置種類繁多，基本結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)方面：

①現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入部分：現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)被發(fā)送到中繼保護(hù)設(shè)備，并且通常執(zhí)行必要的預(yù)處理以使中繼器能夠有效地檢測(cè)每個(gè)站點(diǎn)的物理量；

②測(cè)量部分：與給定的設(shè)定值或?qū)崟r(shí)自動(dòng)生成的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判斷保護(hù)是否被激活；

③邏輯判斷部分：根據(jù)一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行組合和操作，最后確定斷路器是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號(hào)，并將相關(guān)命令發(fā)送到執(zhí)行部分；

④執(zhí)行部分：這是使繼電保護(hù)裝置可靠工作的關(guān)鍵部分。

二、有關(guān)保護(hù)及其實(shí)現(xiàn)方法

2.1 接地保護(hù)

在正常情況下，電氣設(shè)備的金屬外殼和結(jié)構(gòu)不充電，但如果電氣設(shè)備的絕緣損壞，則金屬外殼和結(jié)構(gòu)被充電。當(dāng)人接觸到該電氣設(shè)備時(shí)，會(huì)發(fā)生觸電事故，中國(guó)規(guī)定電擊的安全限值為30 mA。因此，必須通過接地保護(hù)將通過人體的電流限制在極限電流。保護(hù)接地的關(guān)鍵是將保護(hù)接地裝置的接地電阻降低到規(guī)定范圍，使流過人體的電流不超過安全限制電流，從而降低電擊風(fēng)險(xiǎn)。5煤礦安全規(guī)程6規(guī)定：接地網(wǎng)上任何保護(hù)接地點(diǎn)的接地電阻不得超過28。同時(shí)，主接地電極與輔助接地電極之間的距離不應(yīng)小于5m。

2.2 漏電保護(hù)

當(dāng)電網(wǎng)的絕緣電阻小于一定值時(shí)，當(dāng)人接觸電網(wǎng)時(shí)存在觸電的危險(xiǎn)，并且泄漏不僅會(huì)進(jìn)一步損壞設(shè)備。形成短路事故，這也引起電擊和泄漏引發(fā)引爆氣體和煤塵的風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須在地下供電系統(tǒng)中安裝漏電保護(hù)裝置，以實(shí)現(xiàn)絕緣監(jiān)測(cè)，漏電保護(hù)和流過本體的電容電流的補(bǔ)償。根據(jù)其保護(hù)功能，分為非選擇性漏電保護(hù)和選擇性漏電保護(hù)。

2.2.1 無選擇性漏電保護(hù)

采用附加直流電源的保護(hù)原理。在檢測(cè)電路中增加直流電源，包括對(duì)地的絕緣電阻，并監(jiān)測(cè)直流電流的變化，以達(dá)到監(jiān)測(cè)絕緣電阻的目的。該設(shè)備需要與低壓自動(dòng)饋電主開關(guān)一起使用。缺點(diǎn)是停電范圍大，難以判斷泄漏線，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，因此仍在使用中。

2.2.2 有選擇性漏電保護(hù)

采用零序電流保護(hù)原理。零序電流信號(hào)由零序電流互感器獲得。當(dāng)沒有發(fā)生泄漏時(shí)，初級(jí)側(cè)三相電流是對(duì)稱的，電流相量和為0，次級(jí)側(cè)沒有電流輸出；當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，初級(jí)側(cè)三相電流是不對(duì)稱的，其電流相量和不為0，次級(jí)側(cè)具有電流輸出。該裝置與分流開關(guān)結(jié)合使用，具有降低斷電范圍和容易找到故障線路的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛使用。

2.3 過流保護(hù)

電氣火災(zāi)的主要原因是電網(wǎng)過電流，過電流是由短路，過載和相故障引起的。因此，過流保護(hù)包括短路保護(hù)，過載保護(hù)和缺相保護(hù)。

2.3.1 過載保護(hù)

過載是指電動(dòng)機(jī)的工作電流或電氣設(shè)備的工作電流大于其額定電流，但小于額定電流的倍數(shù)，通常小于額定電流的1.5倍。電機(jī)或電氣設(shè)備過載的原因有很多，例如負(fù)載突然增加，斷相運(yùn)行和電網(wǎng)電壓降低。如果電動(dòng)機(jī)或電氣設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間過載，其繞組或電氣設(shè)備的溫升超過允許值，導(dǎo)致老化和絕緣損壞。過載保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與過載電流的大小有關(guān)，動(dòng)作值設(shè)定小于短路保護(hù)的動(dòng)作值。動(dòng)作延遲取決于過載程度。過載越小，延遲越長(zhǎng)，該特征稱為反時(shí)限特性。

延遲鏈路由時(shí)間繼電器組成。在延遲之后，時(shí)間繼電器觸點(diǎn)起作用以使致動(dòng)器動(dòng)作，切斷主回路電源，并發(fā)送過載信號(hào)?？赏ㄟ^電磁繼電器，電子繼電器和熱繼電器實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。

2.3.2 短路保護(hù)

電氣或線路絕緣損壞，負(fù)載短路，接線不正確時(shí)發(fā)生短路。短路期間產(chǎn)生的瞬時(shí)故障電流可達(dá)到額定電流的十倍至幾十倍，由于過電流，甚至由電弧引起的火災(zāi)，導(dǎo)致電氣設(shè)備或配電線路的電力損壞。短路保護(hù)具有較短的工作時(shí)間，其動(dòng)作值設(shè)定較大，并且電源在短時(shí)間內(nèi)關(guān)閉。電磁繼電器和電子繼電器都提供短路保護(hù)。

2.4 其它保護(hù)

2.4.1 過壓保護(hù)

其采用鑒幅式保護(hù)原理。當(dāng)供電系統(tǒng)的電壓大于額定電壓的115%時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)切斷電源并停止工作，以免損壞電機(jī)和機(jī)械設(shè)備。過壓保護(hù)方法是在線圈兩端與電阻，電阻串電容或二極管串電阻并聯(lián)形成放電回路，實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。

2.4.2 欠壓保護(hù)

其采用鑒幅式保護(hù)原理。某些應(yīng)用中的電機(jī)或電氣元件，當(dāng)電源系統(tǒng)的電壓降至額定電壓的75%時(shí)，它應(yīng)該能夠自動(dòng)切斷電源并停止工作，以避免損壞電機(jī)和機(jī)械設(shè)備。欠壓保護(hù)方法不僅可以通過接觸器和按鈕控制使用，還可以通過低壓斷路器或特殊電磁電壓繼電器進(jìn)行欠壓保護(hù)。

2.4.3 失壓保護(hù)

當(dāng)電氣設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，如果由于電源電壓消失而停止運(yùn)行，當(dāng)電源電壓恢復(fù)時(shí)，電氣設(shè)備的自啟動(dòng)或投入運(yùn)行可能導(dǎo)致人身事故或設(shè)備對(duì)于電源系統(tǒng)，許多電氣設(shè)備同時(shí)啟動(dòng)和工作，這也可能導(dǎo)致不可接受的過電流和過大的電壓降，并且熱電設(shè)備可能引起火災(zāi)。為了防止電壓恢復(fù)時(shí)電氣設(shè)備的自啟動(dòng)或投入運(yùn)行，接觸器和按鈕用于控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，保持和停止，具有電壓損失保護(hù)功能。

2.4.4 閉鎖功能

它是實(shí)現(xiàn)安全可靠系統(tǒng)的重要部分之一。常用的閂鎖包括泄漏鎖定，機(jī)械鎖定和風(fēng)力鎖定。漏電阻斷是通過附加直流電源檢測(cè)原理實(shí)現(xiàn)的，常用于隔爆真空式電磁啟動(dòng)器和低壓饋電開關(guān)；高壓配電箱配有機(jī)械鎖定裝置，確保安全；通過使用分路饋電開關(guān)和風(fēng)扇的控制開關(guān)來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電阻斷功能，并且風(fēng)扇的控制開關(guān)的常閉觸點(diǎn)連接到分路開關(guān)的CPU電路。實(shí)現(xiàn)對(duì)分路開關(guān)的控制。

三、結(jié)束語

煤礦供電系統(tǒng)對(duì)煤礦生產(chǎn)的順利進(jìn)行和維修生產(chǎn)的安全起著重要作用。這要求相關(guān)技術(shù)人員在設(shè)計(jì)和安裝過程中充分考慮煤礦供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的特殊使用環(huán)境。做適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)工作，確保電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著科學(xué)技術(shù)，尤其是網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦企業(yè)越來越重視高新技術(shù)的應(yīng)用，尤其是智能電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)的應(yīng)用。PLC，液壓技術(shù)和智能電氣設(shè)備的結(jié)合將進(jìn)一步改善和提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。

【參考文獻(xiàn)】

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