試論煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)的保護(hù)

趙士強(qiáng)

摘要:煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)保護(hù)是整個(gè)煤礦安的重要組成部分,做好煤礦電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)保護(hù)工作是做好煤礦安全工作的保障之一,對(duì)避免和減少煤礦井下重大安全事故的發(fā)生具有十分重要的作用。

關(guān)鍵詞:煤礦電氣供電系統(tǒng)保護(hù)

0 引言

在煤礦生產(chǎn)中,井下煤礦的電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)的保護(hù)大多采用繼電保護(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)的不斷發(fā)展,智能保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)研制成功,在硬件方面,采用具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力的DSP微處理器,低功耗可編程邏輯芯片和高集成度的專(zhuān)用芯片,使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性有很大提高,從而保證了生產(chǎn)質(zhì)量。

1 井下常見(jiàn)的保護(hù)類(lèi)型

由于井下的環(huán)境較特殊,電氣設(shè)備分為礦用一般型電氣設(shè)備和礦用隔爆型電氣設(shè)備,前者不具有防爆性能,適用于沒(méi)有瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所;后者具有防爆和隔爆性能,適用于有瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所。同時(shí),電氣設(shè)備按工作電壓高低分為低壓電氣設(shè)備和高壓電氣設(shè)備,井下電氣設(shè)備大多屬一類(lèi)負(fù)荷和二類(lèi)負(fù)荷,工作時(shí)的電流、電壓都較大,對(duì)其保護(hù)是保證可靠性工作的關(guān)鍵。目前,過(guò)流保護(hù)、漏電保護(hù)和接地保護(hù)是井下的三大保護(hù)。

1.1 漏電保護(hù) 當(dāng)電網(wǎng)絕緣電阻小于一定數(shù)值時(shí),人觸及后會(huì)產(chǎn)生觸電危險(xiǎn),而且漏電不僅會(huì)使設(shè)備進(jìn)一步損壞,形成短路事故,同時(shí)還導(dǎo)致人身觸電和漏電火花引爆瓦斯、煤塵的危險(xiǎn)。因此在井下供電系統(tǒng)中必須裝設(shè)漏電保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)絕緣監(jiān)視、漏電保護(hù)以及補(bǔ)償流過(guò)人身的電容電流的作用。按其實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能分為無(wú)選擇性漏電保護(hù)和有選擇性漏電保護(hù)。

1.1.1 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)未發(fā)生漏電時(shí),一次側(cè)三相電流對(duì)稱,其電流相量和為0,二次側(cè)無(wú)電流輸出;當(dāng)發(fā)生漏電時(shí),一次側(cè)三相電流不對(duì)稱,其電流相量和不為0,二次側(cè)有電流輸出。其裝置與分路開(kāi)關(guān)配合使用,其優(yōu)點(diǎn)是減少停電范圍,易于查找故障線路,因此被廣泛地使用。

1.1.2 無(wú)選擇性漏電保護(hù) 采用附加直流電源的保護(hù)原理。在包含對(duì)地絕緣電阻的檢測(cè)回路中附加直流電源,監(jiān)視其直流電流的變化,達(dá)到監(jiān)測(cè)絕緣電阻的目的。該裝置需與低壓自動(dòng)饋電總開(kāi)關(guān)配合使用。其缺點(diǎn)是停電范圍大,不易判斷漏電線路,但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠;故仍在使用。

1.2 過(guò)流保護(hù) 電火災(zāi)產(chǎn)生的主要原因是電網(wǎng)的過(guò)電流,而過(guò)電流又是由短路、過(guò)載引起的,因此防止電火災(zāi)方法就是防止過(guò)流的產(chǎn)生。所以過(guò)流保護(hù)包括短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)。

1.2.1 過(guò)載保護(hù) 過(guò)載是指電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流或電氣設(shè)備工作電流大于其額定電流,但超過(guò)額定電流的倍數(shù)小些,通常是額定電流的1.5倍以內(nèi)。引起電動(dòng)機(jī)或電氣設(shè)備過(guò)載的原因很多,如負(fù)載突然增加,斷相運(yùn)行以及電網(wǎng)電壓降低等。若電動(dòng)機(jī)或電氣設(shè)備長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行,其繞組或電氣設(shè)備的溫升超過(guò)允許值使絕緣老化、損壞。過(guò)載保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與過(guò)載電流大小有關(guān),其動(dòng)作值設(shè)定小于短路保護(hù)的動(dòng)作值。動(dòng)作延時(shí)取決于過(guò)載程度,過(guò)載程度越大,延時(shí)越短;過(guò)載程度越小,延時(shí)越長(zhǎng),此特性稱為反時(shí)限特性。延時(shí)環(huán)節(jié)由時(shí)間繼電器構(gòu)成,過(guò)載時(shí),電流繼電器動(dòng)作,其觸點(diǎn)接通時(shí)間繼電器線圈,經(jīng)延時(shí)后時(shí)間繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作,使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作,切斷主回路電源,同時(shí)發(fā)出過(guò)載信號(hào)。過(guò)載保護(hù)可由電磁式繼電器、電子式繼電器和熱繼電器實(shí)現(xiàn)。

1.2.2 短路保護(hù) 當(dāng)電器或線路絕緣遭到損壞、負(fù)載短路、接線錯(cuò)誤時(shí)將產(chǎn)生短路現(xiàn)象。短路時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)故障電流可達(dá)到額定電流的十幾到幾十倍,使電氣設(shè)備或配電線路因過(guò)流而產(chǎn)生電動(dòng)力損壞,甚至因電弧引起火災(zāi)。短路保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間要短,其動(dòng)作值設(shè)定較大,在很短的時(shí)間內(nèi)切斷電源。電磁式繼電器和電子式繼電器均可實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。

1.3 接地保護(hù) 在正常情況下,電氣設(shè)備的金屬外殼及架構(gòu)不帶電,但如果電氣設(shè)備的絕緣損壞,其金屬外殼和架構(gòu)就要帶電。當(dāng)人觸及此電氣設(shè)備時(shí)就會(huì)發(fā)生觸電事故,而且我國(guó)規(guī)定觸電的安全極限交流電流值為30mA,因此要通過(guò)接地保護(hù)限制通過(guò)人身的電流使其在極限電流之內(nèi)。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)定的范圍內(nèi),就可以使流過(guò)人體的電流不超過(guò)安全極限電流,達(dá)到減少觸電危險(xiǎn)的目的。

2 煤礦保護(hù)裝置

繼電保護(hù)裝置是一種能反應(yīng)系統(tǒng)故障和不正常狀態(tài),并及時(shí)動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的自動(dòng)化設(shè)備。熔斷器、繼電器和接觸器等都可以用于保護(hù)裝置,但由于煤礦系統(tǒng)中正常工作電流和短路電流不斷增大,熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求,繼電器和接觸器是目前應(yīng)用較廣泛的保護(hù)裝置。繼電保護(hù)裝置分類(lèi)繁多其基本結(jié)構(gòu)主要包括以下幾部分。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入裝置 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)送入繼電保護(hù)裝置一般要進(jìn)行必要的前置處理,如采用光電隔離技術(shù),消除干擾信號(hào);電平轉(zhuǎn)換電路使低信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)信號(hào)易于處理;低通波除高頻信號(hào)及紋波電壓等,使繼電器能有效地檢測(cè)各現(xiàn)場(chǎng)物理量。

2.2 測(cè)量裝置 它是檢測(cè)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入電路處理后與被保護(hù)對(duì)象有關(guān)的物理量,并與已給定的設(shè)定值或自動(dòng)實(shí)時(shí)生成的判據(jù)進(jìn)行比較,根據(jù)比較結(jié)果給出“是”或“非”,即“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)或電平信號(hào),經(jīng)判斷確定保護(hù)是否啟動(dòng)。

2.3 邏輯判斷裝置 它是根據(jù)測(cè)量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、邏輯狀態(tài)、輸出順序等信息,按一定的邏輯關(guān)系組合、運(yùn)算,最后確定是否應(yīng)該是斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào),并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行部分。常用的邏輯一般有“與”、“或”、“非”、“延時(shí)”、“記憶”等功能。

2.4 執(zhí)行裝置 它是根據(jù)邏輯判斷部分送來(lái)的出口信號(hào),完成保護(hù)裝置的最終任務(wù),主要負(fù)責(zé)保護(hù)裝置與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的隔離、連接、電平轉(zhuǎn)換、出口跳閘的功率驅(qū)動(dòng),以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信息的返回等,以使繼電保護(hù)裝置能可靠地工作:電氣設(shè)備和電力設(shè)備發(fā)生故障時(shí)跳閘,不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號(hào),正常時(shí)不動(dòng)作的理想狀態(tài)。

3 結(jié)束語(yǔ)

要想搞好井下電氣安全,電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)的保護(hù)是基礎(chǔ),同時(shí)每個(gè)礦井必須明確專(zhuān)職專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員,具體負(fù)責(zé)井下電氣安全管理工作。完善責(zé)任制,要加強(qiáng)井下電氣設(shè)備專(zhuān)業(yè)化管理,配齊防爆組、電氣管理組、電纜組、小型電器組四個(gè)專(zhuān)業(yè)組人員,定期對(duì)各專(zhuān)業(yè)組人員進(jìn)行培訓(xùn)、考核工作,切實(shí)履行起電氣管理專(zhuān)業(yè)職能,確保煤礦安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

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