煤礦井下機(jī)電設(shè)備高壓真空配電裝置技術(shù)改造研究

趙鵬云

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048000）

引言

隨著社會(huì)以及煤礦行業(yè)的發(fā)展，人們的安全意識(shí)越來(lái)越高，使得人們?cè)陉P(guān)注煤礦行業(yè)運(yùn)行效率的同時(shí)，也越來(lái)越重視其生產(chǎn)安全[1]。煤礦開(kāi)采過(guò)程中離不開(kāi)很多機(jī)電設(shè)備，正是大功率機(jī)電設(shè)備的使用極大提升了工作效率[2]。高壓真空配電裝置是保證煤礦行業(yè)機(jī)電設(shè)備用電安全的重要保障，輕則影響煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率，重則影響企業(yè)財(cái)產(chǎn)以及井下工作人員的生命安全[3-4]?；诖?，必須千方百計(jì)采取措施保證井下機(jī)電設(shè)備的用電安全。

1 煤礦井下高壓真空配電裝置現(xiàn)狀

機(jī)械化是煤礦行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然方向，且為了提升煤礦開(kāi)采效率，機(jī)械設(shè)備的型號(hào)和功率日益增加，使得煤礦井下配電系統(tǒng)和規(guī)模也越來(lái)越大，整體的機(jī)電設(shè)備容量和供電電壓都快速提升，這給井下用電和高壓真空配電造成了較大困難，在運(yùn)行過(guò)程中也暴露出了部分問(wèn)題[5-6]。某煤礦井下高壓真空配電裝置數(shù)量較多，但這些裝置的生產(chǎn)廠家不同，型號(hào)不一致，投入運(yùn)行的時(shí)間也存在差異，導(dǎo)致它們之間的性能參差不齊，機(jī)電設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生保護(hù)越級(jí)跳閘、拒動(dòng)或者誤動(dòng)的問(wèn)題，給井下正常安全生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

1）部分線路較短導(dǎo)致難以有效區(qū)分各級(jí)開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)定值。因?yàn)樵诙叹€路中發(fā)生短路故障時(shí)，整個(gè)線路中的短路電流值變化不大，即始端和末端的短路電流差值非常小，如果根據(jù)末端電流值進(jìn)行整定則使得保護(hù)靈敏度低于1，根據(jù)有關(guān)的規(guī)章制度，當(dāng)靈敏度低于1 時(shí)不建議配置電流速斷保護(hù)。然而根據(jù)相關(guān)的安全要求，所有的井下機(jī)電設(shè)備都必須安裝速斷保護(hù)，兩者之間產(chǎn)生矛盾。這種情況下通常都是根據(jù)相同靈敏系統(tǒng)法整定，但在實(shí)踐中容易出現(xiàn)越級(jí)跳閘問(wèn)題。

2）當(dāng)短路電流值較大時(shí)難以區(qū)分各級(jí)配電裝置速斷保護(hù)定值。例如，如果線路中的CT 變比是150/5，根據(jù)電路電流整定值的十倍進(jìn)行配置，則保護(hù)的最大電流值為1 500 A，已經(jīng)超過(guò)了保護(hù)速斷的正常工作區(qū)間，出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象是必然現(xiàn)象。

3）失壓保護(hù)延時(shí)整定困難導(dǎo)致出現(xiàn)全部跳閘現(xiàn)象。部分煤礦井下失壓保護(hù)動(dòng)作存在延時(shí)，無(wú)法有效整定。一些失壓保護(hù)動(dòng)作無(wú)法準(zhǔn)確完成，如果在母線附近的饋線出現(xiàn)短路問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致母線出現(xiàn)短時(shí)間失壓現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)母線其他高壓配電裝置出現(xiàn)誤動(dòng)作，最終出現(xiàn)成片跳閘問(wèn)題。

2 高壓真空配電裝置技術(shù)改造功能目標(biāo)

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，對(duì)煤礦井下機(jī)電設(shè)備高壓真空配電裝置實(shí)施技術(shù)改造，建立煤礦用電調(diào)度指揮中心，對(duì)于所有機(jī)電設(shè)備高壓真空配電裝置通過(guò)以太網(wǎng)組網(wǎng)的模式將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳輸至指揮中心進(jìn)行匯總，并在監(jiān)控大屏上實(shí)時(shí)顯示相關(guān)信息。通過(guò)這種模式能夠?qū)γ旱V井下所有機(jī)電設(shè)備高壓真空配電裝置進(jìn)行監(jiān)控和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，減少人工操作。

本次技術(shù)改造建設(shè)的監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋煤礦井下所有機(jī)電設(shè)備高壓真空配電裝置，可實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和機(jī)電設(shè)備的監(jiān)測(cè)，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能分析處理。通過(guò)對(duì)高壓真空配電裝置數(shù)據(jù)信息的采集與分析，提前預(yù)告各種潛在的安全隱患，進(jìn)而采取措施避免發(fā)生用電安全事故。系統(tǒng)可以對(duì)事故進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，對(duì)繼電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，對(duì)事故進(jìn)行快速定位并提出解決方案，避免整個(gè)煤礦井下供電系統(tǒng)發(fā)生大面積停電跳閘問(wèn)題，確保所有機(jī)電設(shè)備的正常安全穩(wěn)定工作。對(duì)于一些不方便通過(guò)人工進(jìn)行操作的環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，防止出現(xiàn)人員傷亡事故。

3 保護(hù)器保護(hù)原理

技術(shù)改造后的保護(hù)裝置全部使用SGZB-07A 型號(hào)，具備電流速斷和兩段定時(shí)限過(guò)流保護(hù)功能，其中電流速斷保護(hù)又叫作過(guò)流I 段保護(hù)，主要對(duì)短路故障進(jìn)行保護(hù)。兩端定時(shí)限過(guò)流保護(hù)又叫做過(guò)流Ⅱ段和Ⅲ段保護(hù)，主要作為備用保護(hù)。圖1 所示為SGZB-07A 型保護(hù)器的結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖。

圖1 SGZB-07A 型保護(hù)器的結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖

3.1 速斷保護(hù)

機(jī)電設(shè)備投入使用瞬間會(huì)引起勵(lì)磁涌流沖擊，導(dǎo)致速斷保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作，使機(jī)電設(shè)備無(wú)法正常送電投入使用。當(dāng)機(jī)電設(shè)備連接的變壓器容量超過(guò)600 kVA 時(shí)，應(yīng)當(dāng)在速斷保護(hù)中設(shè)置50 ms 的延時(shí)，以免發(fā)生誤動(dòng)作。

3.2 定時(shí)限過(guò)流保護(hù)

定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)對(duì)于機(jī)電設(shè)備相關(guān)電氣元件的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為額定值，與其他因素比如機(jī)電設(shè)備運(yùn)行功率、線路中的電流大小等沒(méi)有關(guān)系?；诖?，使用定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)過(guò)程中，避免機(jī)電設(shè)備處在最大功率狀態(tài)運(yùn)行，不然可能會(huì)延長(zhǎng)短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。一般而言，短路保護(hù)動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間與短路電流值存在直接關(guān)系，短路電流值越小則保護(hù)動(dòng)作反映時(shí)間越長(zhǎng)。

3.3 反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)

主要設(shè)置在傳輸線路上，如果被保護(hù)的傳輸線路中首端出現(xiàn)了問(wèn)題，則反時(shí)限過(guò)流保護(hù)可以快速切斷線路避免對(duì)機(jī)電設(shè)備造成損壞。本文所述的SGZB-07A 型保護(hù)器能夠滿(mǎn)足IEC 標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)實(shí)際需要選擇一般反時(shí)限、非常反時(shí)限、極度反時(shí)限中的任何一種反時(shí)限特性。

對(duì)于終端線路通過(guò)短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)達(dá)到保護(hù)的目的，對(duì)于電源的進(jìn)出線則需要上下級(jí)之間的配合，為了避免出現(xiàn)越級(jí)跳閘問(wèn)題，通過(guò)短路保護(hù)和后備保護(hù)達(dá)到保護(hù)的目的，通常不需要過(guò)載保護(hù)。短路保護(hù)、后備保護(hù)和過(guò)載保護(hù)的整定值應(yīng)該依次降低，而延時(shí)時(shí)間則應(yīng)該依次延長(zhǎng)。每種保護(hù)的時(shí)間和電流定值都能夠進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，避免只能統(tǒng)一設(shè)定整定值的弊端，方便不同級(jí)別保護(hù)之間的配合，防止發(fā)生保護(hù)越級(jí)跳閘，或者由于失壓導(dǎo)致的整個(gè)煤礦井下停電事故。

4 技術(shù)改造后應(yīng)用效果

對(duì)某煤礦井下機(jī)電設(shè)備高壓真空配電裝置進(jìn)行全面技術(shù)改造后，可對(duì)相關(guān)情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作，提升了保護(hù)動(dòng)作的安全性、及時(shí)性和可靠性，保證了機(jī)電設(shè)備的用電安全和煤礦的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。應(yīng)用效果如下：

1）越級(jí)跳閘方面。搭建了煤礦井下機(jī)電設(shè)備用電監(jiān)控中心，可實(shí)現(xiàn)所有機(jī)電設(shè)備用電情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，每種保護(hù)的時(shí)間和電流定值都能進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，方便不同級(jí)別保護(hù)之間的配合。進(jìn)行技術(shù)改造后沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)保護(hù)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

2）無(wú)人值守方面。通過(guò)遠(yuǎn)程模式對(duì)機(jī)電設(shè)備各類(lèi)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，各類(lèi)保護(hù)裝置都實(shí)現(xiàn)了數(shù)值化，能夠?qū)崿F(xiàn)定值的連續(xù)調(diào)節(jié)，提升了保護(hù)動(dòng)作精度?；緵](méi)有出現(xiàn)拒動(dòng)或者誤動(dòng)的現(xiàn)象，通常情況不需要進(jìn)行人工操作。

3）故障記憶方面。對(duì)于失壓保護(hù)而言，通過(guò)電流閉鎖以及設(shè)置一定時(shí)間段的延時(shí)，防止了由于機(jī)電設(shè)備投入使用瞬時(shí)導(dǎo)致的整個(gè)煤礦井下成片失壓跳閘的問(wèn)題。系統(tǒng)可以對(duì)相關(guān)事件和故障波進(jìn)行自動(dòng)記錄，方便快速定位故障位置并查找故障原因，進(jìn)而在最短時(shí)間內(nèi)處理故障問(wèn)題，縮短故障時(shí)間。

4）視頻監(jiān)視方面。搭建了機(jī)電設(shè)備用電視頻監(jiān)視系統(tǒng)，并將其與監(jiān)控系統(tǒng)直接連接，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)查看機(jī)電設(shè)備電路情況。防止由于某個(gè)機(jī)電設(shè)備回路出現(xiàn)短路故障而引發(fā)整個(gè)煤礦井下全面跳閘斷電的現(xiàn)象，提升了整個(gè)煤礦井下用電安全性，實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程的可視化。

5）電能消耗方面。在此次技術(shù)改造中，對(duì)每個(gè)機(jī)電設(shè)備都安裝了電量計(jì)量裝置，能夠準(zhǔn)確收集每個(gè)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中所消耗的電量，為煤礦企業(yè)科學(xué)制定用電方案提供了數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié)論

某煤礦井下機(jī)電設(shè)備高壓真空配電裝置數(shù)量較多，這些裝置的生產(chǎn)廠家不同、型號(hào)不一致，導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中存在諸多問(wèn)題。為了確保用電安全，提升機(jī)電設(shè)備用電的安全性和可靠性，對(duì)高壓真空配電裝置進(jìn)行技術(shù)改造。通過(guò)技術(shù)改造提升了保護(hù)裝置的數(shù)字化水平，保證了煤礦井下機(jī)電設(shè)備的安全性。