煤礦高低壓抗晃電技術(shù)的研究與應(yīng)用

趙春生

【摘 ?要】礦井電網(wǎng)晃電問題一直困擾著礦井電網(wǎng)的安全運行，是多年來的行業(yè)技術(shù)難題。通過失壓保護延時的改造，很好的解決了供電系統(tǒng)失壓誤動作這一難題，并且改造投入成本低，選擇靈活多樣，特別適合在井下電網(wǎng)中推廣使用，具有良好的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】礦井失壓;抗晃電;失壓脫扣

目前礦井井下的高壓開關(guān)大多采用失壓線圈的失壓脫扣來實現(xiàn)失壓保護，避免在供電恢復(fù)后開關(guān)的自動重合閘，但當(dāng)失壓脫扣線圈在線電壓降低到65%左右時，這種保護方式無法區(qū)分電壓波動和母線的真正失壓，不能有效的解決晃電問題。為了有效避免煤礦井下供電系統(tǒng)失壓保護誤動，就必須準確區(qū)分電壓波動和母線的真正，分析電壓波動及其它假失壓現(xiàn)象產(chǎn)生原因和特征，采出有效對策，制定適合煤礦井下供電失壓保護方法，避免失壓保護誤動作，使煤礦生產(chǎn)更加安全。

一、失壓保護的概念

就是當(dāng)電源停電或者由于某種原因電源電壓降低過多時，保護裝置能使電動機自動從電源上切除。因為當(dāng)失壓或欠壓時，接觸器線圈電流將消失或減小，失去電磁力或電磁力不足以吸住動鐵心，因而能斷開主觸頭，切斷電源。

失壓保護的作用一：當(dāng)電源電壓恢復(fù)時，如不重新按下啟動按鈕，電動機就不會自行轉(zhuǎn)動，避免發(fā)生事故。

失壓保護的作用二：可以保證異步電動機不在電壓過低的情況下運行，防止電動機燒毀，比如起重機械、風(fēng)機水泵等。

《煤礦安全規(guī)程》第四百五十一條規(guī)定：“井下高壓電動機、動力變壓器的高壓控制設(shè)備，應(yīng)當(dāng)具有具有短路、過負荷和欠壓釋放保護”。但在實際運行過程當(dāng)中，若母線沒有真正失壓，而高壓開關(guān)失壓保護動作，造成井下大面積停電。礦井主供電源線路在遭受雷擊等原因造成供電系統(tǒng)保護動作，瞬間（約為1—2秒）電壓缺失，引發(fā)井下開關(guān)失壓脫扣線圈或綜合保護器欠（失）壓保護動作，造成井下大面積停電或引起局部通風(fēng)機停風(fēng)等問題。

我們必須分析出電壓波動的特征，找出電壓波動造成失壓保護動作的原因，才能找出合適的對策，從而避免失壓保護誤動作，使煤礦生產(chǎn)更安全。

二、電壓波動發(fā)生的原因

1、雷電沖擊

高壓線受到雷擊后，使高壓線對地和相間絕緣降低，出現(xiàn)瞬間電壓跌落現(xiàn)象，這種電壓跌落持續(xù)時間，除了雷電持續(xù)時間外，還有絕緣介質(zhì)恢復(fù)時間，而絕緣介質(zhì)恢復(fù)時間又與絕緣強度瞬間被破壞程度有關(guān)，長者可達3～4個周波（每個周波為0.02s）。電壓可降低到20%左右，對電網(wǎng)的安全運行構(gòu)成了威脅。

2、瞬時短路

由于大風(fēng)、樹枝等因素造成瞬時相間短路，致使母線電壓瞬時降低到20%～40%，嚴重者造成速斷保護動作跳閘，如果這種瞬時相間短路持續(xù)時間不大于1個周波，則速斷保護不會動作，不應(yīng)造成事故跳閘。

3、出線首端短路

在出線首端短路時，會使母線電壓降至20%～40%，持續(xù)時間為速斷保護故障判斷時間、繼電器出口時間和開關(guān)固有動作時間之和，綜合保護器的動作出口總時間大約為35mS，高壓防爆開關(guān)的典型固有動作時間大約為80mS，此時間大約為120～150ms。

4、單相接地

在發(fā)生單線金屬性接地故障時，接地相電壓降對地電壓為0V，其他非接地相相電壓升高√3倍，而線電壓保持不變。如果單相經(jīng)過度電阻接地，中性點電壓和零序電壓雖不能升高至相電壓，但線電壓仍保持不變。

但由于單相接地后，使中性點電壓和其他兩相非接地相電壓升高，使絕產(chǎn)生緣受到威脅，甚至于產(chǎn)生放電現(xiàn)象，并逐漸發(fā)展成為短路故障。

5、備用電源自動切換

有些變電站采用雙電源供電，安裝了備用電源自投裝置，在備用電源切換期間，造成短時電壓消失，電壓消失持續(xù)時間視備用電源切換時間而定，一般為0.5～2秒。

變電站負荷開關(guān)具備重合閘功能的，重合閘時間一般為1～2秒。

6、PT斷線

高開的保護裝置絕大部分是由PT供電的，PT斷線也會造成假失壓，這種失壓在PT斷線修復(fù)之前，一直存在。

三、失壓動作原因分析及電氣設(shè)備現(xiàn)狀

（一）失壓保護動作的原因

主要是綜合保護器、永磁控制器、失壓脫扣線圈、吸合維持線圈的失壓保護動作。

1、綜合保護器部分具備延時失壓保護功能（部分保護器內(nèi)部有后備電源，具備失壓延時保護功能，大部分綜合保護器無后備電源，所以只有欠壓保護）。

2、永磁控制器內(nèi)部具備有失壓保護功能，檢測到AC100V電源無電后失壓保護動作。

3、失壓脫扣線圈特性是當(dāng)電源電壓為額定電壓的75%～105%時，失壓脫扣器保證吸合，使斷路器順利合閘;當(dāng)電源電壓低于額定電壓的40%時，失壓脫扣器保證脫開，使斷路器分閘。

4、隔爆型啟動器、部分饋電開關(guān)采用吸合線圈（維持線圈）維持合閘，國際IEC標準規(guī)定額定電壓的80%為臨界可靠吸合電壓，臨界釋放電壓為額定工作電壓的20%～70%。

（二）目前高低壓設(shè)備失壓保護現(xiàn)狀

1、高壓防爆開關(guān)：高低壓開關(guān)和保護器產(chǎn)品種類較多，僅有部分新式保護器及開關(guān)有失壓延時保護功能，但要真正實現(xiàn)開關(guān)失壓保護經(jīng)過延時躲過瞬間（約為1～2秒）失壓，還要做到保護器內(nèi)部后備電源及開關(guān)本身脫扣器（控制器）延時的合理配合。

2、低壓饋電開關(guān)及啟動器：井下局部通風(fēng)機相應(yīng)的低壓饋電開關(guān)及啟動器沒有失壓保護延時功能，當(dāng)發(fā)生瞬間電網(wǎng)失壓后，立即跳閘。

四、失壓延時解決方案

（一）失壓延時設(shè)置

礦井地面主副井不投入延時，其它高壓電機投入2s延時，井下高壓、低壓開關(guān)均設(shè)置2s延時，確保躲過雷電、瞬時短路、電網(wǎng)波動的影響。

一般來說失壓保護投入0.1秒延時就可以躲過雷電的影響;投入0.2秒的延時可以躲過瞬時短路和永久性短路的影響;投入2秒延時可以躲過備自投的影響;PT斷線可以采用PT斷線保護閉鎖失壓保護。

（二）綜合保護器改造

礦井地面高壓壓柜內(nèi)進線柜、電動機柜控制回路電源，礦井井下變電所內(nèi)高壓開關(guān)采用的北京廣大泰祥保護器具備后備電源，具備失壓延時功能，但廠家設(shè)置的失壓延時固有時間為1s左右（即使在保護器中設(shè)置2s、3s甚至10s延時，也會1s動作），需要廠家對每臺保護器重新刷程序，確保能夠設(shè)置2s以上延時。

（三）永磁控制器改造

永磁控制器需要增加失壓延時時間，永磁控制器內(nèi)部增加后備電源，確保躲過2s以上延時。目前礦井井下高壓開關(guān)、移動變壓器永磁控制器失壓延時時間不滿足要求，通過與廠家溝通，能夠定制滿足要求的永磁控制器。保護器增加失壓延時控制模塊，可以設(shè)置0-6s的延時。

（四）吸合線圈改造

失壓脫扣器、吸合線圈（維持線圈）可以設(shè)置外置電源或根據(jù)失壓保護延時原理對其關(guān)聯(lián)的高低壓開關(guān)進行技術(shù)改造，確保具備失壓延時。

局部通風(fēng)機回路的風(fēng)機啟動器不具備失壓延時功能，需要采用隔爆型鋰離子蓄電池電源對控制回路不間斷供電。其中雙風(fēng)機啟動器交流接觸器的吸合功率為400W左右，隔爆型鋰離子蓄電池電源127V時吸合電流為3.2A，為保證吸合穩(wěn)定性，隔爆型鋰離子蓄電池電源輸出電流選擇4A及以上的。

五、效益分析

通過技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)高爆開關(guān)、移動變壓器、低壓饋電開關(guān)、局部通風(fēng)機啟動器的失壓延時改造，解決了晃電問題，整體減少了礦井電力故障影響時間，提高經(jīng)濟效益。杜絕造成全礦井停電的惡性事故或主扇停風(fēng)事故，防止出現(xiàn)電力中斷，生產(chǎn)停止，杜絕了停電后容易發(fā)生瓦斯積聚爆炸、淹井等惡性事故。

參考文獻：

[1]翟元軍. 防晃電技術(shù)在煤礦企業(yè)中的應(yīng)用[C].山東煤炭學(xué)會工作會議暨煤礦機電管理創(chuàng)新應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集. 2015：59-61.

[2]張子富. 化工企業(yè)連續(xù)供電方式的實現(xiàn)[J]. 電氣應(yīng)用，2006，25（6）

（作者單位：河南省商丘永城市正龍煤業(yè)有限公司城郊煤礦）