井下高壓防爆開關保護裝置的改進

牛少廷

摘 要：井下高壓防爆開關控制器屬于開關柜的主要指揮機構，也是開關內部的核心裝置，但其運行較為薄弱，在電網(wǎng)波動較大的情況下極易出現(xiàn)故障問題，嚴重影響了井下供電系統(tǒng)的安全運行。本文分析總結了各種控制器的工作原理及電路構造，在改進設計控制器的基礎上，進行了試運行，獲得了滿意效果。

關鍵詞：井下;高壓防爆開關;保護裝置

1 控制器發(fā)展歷程

以往開關中使用的控制器主要采用比較控制器，其主要由運算放大器構成，具備分閘指示、漏電保護以及過載保護等功能，極易出現(xiàn)故障問題，尤其在電壓諧波較大的電源下，甚至可能會出現(xiàn)擊穿問題。之后開始出現(xiàn)核心為單片機的控制器，其屬于智能綜合保護器，可以進行高低壓的限值保護，并在增加實驗按鈕的基礎上，絕緣監(jiān)視電纜，將最近一次開關跳閘的原因以代碼的方式記錄。此產(chǎn)品在較長時間內得到廣泛使用，屬于防爆開關的創(chuàng)新技術，但其使用期間也存在較多弊端。之后控制器開始外延自身功能，除了可以顯示電壓與電流數(shù)值外，還可以顯示時鐘以及日歷等信息。在整定數(shù)據(jù)時采用按鍵翻屏模式，增加了通訊接口與電度表功能，且利用DSP、ARM等器件實現(xiàn)了保護與控制的效果。

2 傳統(tǒng)控制器存在的問題

控制器屬于開關動作的主要控制結構，應具備穩(wěn)定性、準確性以及快速性等特征，這樣才可以保證井下電氣系統(tǒng)的安全運行。其中穩(wěn)定性主要指的是控制器不出現(xiàn)誤動作，長期運行安全，無故障問題，具備較強的抗干擾能力?？焖傩灾傅氖请娐烦霈F(xiàn)故障可以迅速反應，通過跳閘動作切斷故障電路，準確找到故障點。準確性主要針對延時時間、保護動作值以及計量等方面，雖然其并非屬于控制器的主要功能，但可以便于測量電氣參數(shù)，并進行準確的故障記憶。

3 井下高壓防爆開關保護技術

3.1 短路保護技術

當前高壓防爆開關過流保護與短路保護問題已經(jīng)得到解決，但實際運行期間依然存在部分難題。一是井下輸電線路距離較小，一般為幾十米至幾百米;二是線路下級末端的電流值高于上級保護整定值，增大了跳閘故障的發(fā)生頻率，很容易導致供電不穩(wěn)問題，直接影響了煤礦開采工作的順利進行。保護裝置靈敏度低會直接導致越級跳閘故障的發(fā)生，不能滿足規(guī)范操作要求，此時應采用通信閉鎖短路保護技術完成短路保護工作。當下級開關發(fā)生短路問題時，此裝置需要迅速向上級發(fā)出短路保護閉鎖信號，為整個線路傳遞短路故障信息，及時開啟閉鎖保護。當下級開關或保護裝置無法解決短路故障問題時，應嚴格限制上級閉鎖功能的持續(xù)時間，當時間超出此范圍后，短路保護會重新恢復原有狀態(tài)，不受閉鎖信號是否解除的影響。

3.2 漏電保護技術

當前多數(shù)煤礦井下根據(jù)國家相關制度采用漏電保護技術，一般分為兩種類型，一是零序電流漏電保護，二是零序功率漏電保護，且其均針對不接地電網(wǎng)，具備一定的針對性。煤礦供電距離的增加會增大電容電流，此時便需要調整原有煤礦的供電方式，采用中性點消弧線圈接地方式，充分保證漏電保護的適應性與準確性。當發(fā)現(xiàn)不接地電網(wǎng)出現(xiàn)漏電問題后，工作人員應做好故障線路的檢測工作，依據(jù)零序電流調整高壓防爆漏電保護裝置，采用節(jié)點導納方法解決拒動與誤動問題，在以節(jié)點電壓為待求量的基礎上，完成電路的漏電保護工作。期間，工作人員應通過檢測導納方向與大小的方式判斷故障電路，期間可以忽略防爆開關的電纜長度，結合互感器誤差、電網(wǎng)電纜總長以及測量誤差等因素完成電容的估算工作。

4 井下高壓防爆開關保護裝置的改進

4.1 電源改進設計

為了更好的保證井下供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，工作人員應在允許井下電網(wǎng)電壓波動的基礎上，完成電源的改進工作，以充分消除電網(wǎng)諧波對電子電路的影響，結合控制器工作要求改進開關電源。完成改進后，100V交流電經(jīng)過整流橋、濾波電容以及濾波器等，變?yōu)橹绷鞲邏哼M入高頻變壓器中，取樣輸出電壓與內部基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，在通過改變單片開關電源模塊得出輸出占空比。期間可以采用鉗位保護電路抑制高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，保證漏極電壓限定在安全范圍。

4.2 輸入、輸出信號隔離

采集電信號將其轉變?yōu)楣庑盘?，之后在將光信號轉變?yōu)殡娦盘枺瓿奢斎肱c輸出信號的隔離。

4.3 建立統(tǒng)一接口標準

工作人員應在統(tǒng)一控制器與高壓防爆開關連接端口的基礎上建立統(tǒng)一接口標準，以便現(xiàn)場維修。當控制器出現(xiàn)故障問題后，不同廠家與型號控制器可以相互替代，縮短恢復工作時間。期間接口電路硬件結構、接口電路信號通道位置、工作電源型號性質與數(shù)量標準以及統(tǒng)一通訊協(xié)議等均屬于標準內容，工作人員可以通過建立井下供電系統(tǒng)遠程通信網(wǎng)絡實時監(jiān)測供電系統(tǒng)的運行模式，在準確判斷故障位置后進行遠程操作，保證供電的快速恢復。當前控制器沒有統(tǒng)一的通訊協(xié)議，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中控制，因此應實施RS-485通訊信號，通過光纖完成井下到地面的通訊工作，建設井下工作站，以順利進行遠程操作與監(jiān)控，保證所有開關聯(lián)網(wǎng)通訊的順利進行。

5 結束語

對于當前煤礦井下漏電保護不精準以及越級跳閘問題，煤礦企業(yè)相關工作人員應合理采用漏電保護與短路保護技術，在提高適用范圍的基礎上，跳出漏電保護的制約，保證煤礦井下作業(yè)的安全性，切實提高運行效率，為企業(yè)贏得更大的經(jīng)濟與社會效益。