礦井井下高壓防爆開關(guān)保護(hù)裝置的改進(jìn)研究

賈海峰

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦，山西 大同 037017）

煤礦井下電網(wǎng)高壓防爆開關(guān)是礦井供電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它負(fù)責(zé)向工作面和掘進(jìn)面的開采設(shè)備提供電能。當(dāng)供電系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致高壓防爆開關(guān)發(fā)生誤動作，造成井下停電，會威脅到煤礦井下工作人員的生命安全。另外，當(dāng)供電系統(tǒng)排除故障恢復(fù)正常，依舊會產(chǎn)生瞬間超負(fù)荷。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦供電系統(tǒng)高壓防爆開關(guān)的保護(hù)裝置之一是失壓脫扣器，該保護(hù)裝置具有瞬時速斷功能。從云崗礦多年的應(yīng)用情況來看，該保護(hù)裝置容易發(fā)生誤動作造成供電中斷，因此必須對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，解決保護(hù)裝置容易發(fā)生誤動作的問題。

1 高壓防爆開關(guān)保護(hù)分析

1.1 保護(hù)原理

脫扣器結(jié)構(gòu)組成如圖1。當(dāng)煤礦井下供電系統(tǒng)接入負(fù)荷，實(shí)際電壓持續(xù)提升至額定電壓值85%時，失壓脫扣器裝置中的勵磁線圈立刻啟動，動鐵芯在通電狀態(tài)下得到磁性而產(chǎn)生磁力，當(dāng)磁力超過彈簧彈力時會驅(qū)動牽引桿進(jìn)行移動，使得鎖扣保持閉合狀態(tài)，整個供電線路安全通暢。當(dāng)供電系統(tǒng)因各種原因?qū)е鹿╇婋妷航档椭令~定電壓35%以下時，該失壓脫扣器無法正常啟動運(yùn)行，反作用彈簧用彈力驅(qū)動拉桿，鎖扣彈開，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)供電線路的效果。

圖1 失壓脫扣器結(jié)構(gòu)組成示意圖

1.2 問題分析

當(dāng)前，對于高壓防爆開關(guān)欠壓保護(hù)原理及運(yùn)行過程都是合理的，但是對于整個煤礦供電系統(tǒng)來講，高壓防爆開關(guān)卻與之建立了聯(lián)動機(jī)制。從云崗礦供電系統(tǒng)的高壓防爆開關(guān)保護(hù)裝置的應(yīng)用實(shí)踐情況分析可知，當(dāng)該礦供電系統(tǒng)出現(xiàn)以下幾種情況時高壓防爆開關(guān)保護(hù)裝置都會發(fā)生動作，導(dǎo)致供電系統(tǒng)出現(xiàn)大面積停電：（1）供電系統(tǒng)的瞬間故障；（2）供電系統(tǒng)電壓在某一瞬間出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象；（3）供電系統(tǒng)某一支路發(fā)生故障導(dǎo)致供電主線路電壓出現(xiàn)降低現(xiàn)象。云崗礦供電系統(tǒng)常因以上三種情況的出現(xiàn)而導(dǎo)致高壓防爆開關(guān)保護(hù)裝置發(fā)生動作。針對這一情況，需要對云崗礦失壓脫扣器的保護(hù)機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化改造，進(jìn)一步提高開采設(shè)備的連鎖容錯率，提高供電系統(tǒng)的安全性和連續(xù)性。

2 防爆開關(guān)保護(hù)裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 增加延時時間

在煤礦井下供電系統(tǒng)當(dāng)中，通電后系統(tǒng)延時時間基數(shù)基本上設(shè)定為0.5 s，云崗礦35 kV 的供電線路中，根據(jù)規(guī)定定時過流保護(hù)延時時間設(shè)定為1～2 s；增加1 個時間基數(shù)的過流保護(hù)延時時間，即過流保護(hù)延時時間從1～2 s 增加到1.5～2.5 s。對于云崗礦6～10 kV 供電線路中，根據(jù)規(guī)定過流保護(hù)延時時間設(shè)定為1 s，增加1 個時間基數(shù)的過流保護(hù)延時時間，即過流保護(hù)延時時間從1 s 增加到1.5 s，備用電源在0.5～1.5 s 之間發(fā)生作用。根據(jù)以上分析，可以將云崗礦供電系統(tǒng)防爆開關(guān)延時時間取2.5 s。

2.2 改進(jìn)方案

云崗礦供電系統(tǒng)采用的失壓脫扣器保護(hù)裝置在連鎖動作后會切斷整個供電線路，針對這一情況必須對斷電方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，必須考慮到供電系統(tǒng)的容錯率，在供電系統(tǒng)電壓處于短時間的波動或斷電狀態(tài)下，要求其不能切斷整個供電線路。

2.2.1 高壓防爆開關(guān)脫扣器改造

將云崗礦供電系統(tǒng)原先采用的失壓脫扣器保護(hù)裝置淘汰，采用JT 型電磁繼電器進(jìn)行替換，同時對系統(tǒng)電路進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，如圖2。圖2 中，TJ 為JT 型電磁繼電器，JT1 為感應(yīng)電路觸點(diǎn)開關(guān)，TQ為斷路器跳閘線圈，E 為感應(yīng)單元。

該高壓防爆開關(guān)保護(hù)裝置的工作原理：供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時，JT 電磁繼電器連通電源，帶動JT1觸電開關(guān)斷開；供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，實(shí)際電壓低于35%額定電壓且持續(xù)時間超過2.5 s 后，JT 失去電力，JT1 出現(xiàn)復(fù)位閉合，TQ 連通發(fā)生磁力，吸引E感應(yīng)部位，供電線路高壓開關(guān)動作，供電被切斷。

圖2 系統(tǒng)電路優(yōu)化改進(jìn)示意圖

2.2.2 JT 電磁繼電器動延時時間分析

JT 型直流電磁延時繼電器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。從圖中可知，磁軛與鐵心是采用圓柱電工鋼整體進(jìn)行加工制造而成，磁軛與鐵心之間無縫隙，可以形成一個有機(jī)整體。后期再采用鋁基座進(jìn)行澆筑，大幅降低裝配間隙及磁阻，可有效提高繼電器的靈敏度。

控制線路JT1 觸電開關(guān)閉合動作，TQ 線圈得電，產(chǎn)生磁通達(dá)到一定數(shù)值產(chǎn)生磁力，將鐵芯與銜鐵接觸。當(dāng)控制線路斷電，斷電速度極快，基于楞次定律，線圈磁通量降低過程中會形成一個電流，與磁力相互使磁通量開始迅速降低。

圖3 JT 型直流電磁延時繼電器結(jié)構(gòu)示意圖

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

從2019 年1 月至2019 年4 月，按上述改造方案對該礦5 個采區(qū)變電所的防爆開關(guān)保護(hù)裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。從2019 年4 月至今，優(yōu)化改造后的防爆開關(guān)保護(hù)裝置運(yùn)行穩(wěn)定，動作可靠，使用方便，開采設(shè)備的故障率大大降低。云崗礦井下高壓防爆開關(guān)保護(hù)裝置的改進(jìn)項(xiàng)目的實(shí)施是合理的，有效解決了以往高壓防爆開關(guān)保護(hù)裝置的誤動作問題，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。