漏電斷路器在煤礦地面通風(fēng)機(jī)房低壓電路中的應(yīng)用

王海玲

（陽煤集團(tuán)壽陽開元礦業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 晉中 045400）

引言

由于煤礦地面通風(fēng)機(jī)房環(huán)境比較惡劣，容易造成低壓電網(wǎng)漏電，漏電故障不僅影響供電的良好運(yùn)行，還威脅工人的安全[1]。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范要求：必須在低壓反饋線路上配置選擇性漏電保護(hù)裝置或者檢查漏電的保護(hù)設(shè)備，確保發(fā)生線路漏電時(shí)能夠自動(dòng)斷電。漏電保護(hù)裝置不僅能夠及時(shí)檢測并排除漏電故障，減少斷電時(shí)間，還能夠預(yù)防電路漏電而導(dǎo)致相間短路的問題。因此，通風(fēng)機(jī)房低壓線路上的漏電保護(hù)裝置的可靠性與靈敏度直接關(guān)系到通風(fēng)機(jī)房供電的安全。

1 開關(guān)使用狀況

某礦地面通風(fēng)機(jī)房的低壓反饋線路上安裝有漏電保護(hù)裝置。對(duì)其進(jìn)行漏電試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)漏電保護(hù)裝置的分開關(guān)無法正常啟動(dòng)。由于分開關(guān)的啟動(dòng)故障導(dǎo)致總開關(guān)的靈敏性大大降低，延長了開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間，這會(huì)影響通風(fēng)機(jī)房低壓線路的供電，并且造成一定的安全隱患。

2 故障原因

2.1 分開關(guān)不動(dòng)作

電網(wǎng)電壓、系統(tǒng)運(yùn)行方式、系統(tǒng)容抗以及漏電電阻都與零序電流以及零序電壓有關(guān)。經(jīng)過對(duì)通風(fēng)機(jī)房供電線路故障的分析，由于工作面距離新建設(shè)的變電所比較近，整個(gè)電力系統(tǒng)較小，所用的電纜較短，導(dǎo)致低壓供電系統(tǒng)的電流與電壓都較小[2]。當(dāng)線路發(fā)生漏電時(shí)，漏電保護(hù)系統(tǒng)無法采集到零序電流，因此漏電保護(hù)系統(tǒng)難以利用零序電流相位以及零序電壓確定漏電線路位置，導(dǎo)致無法利用零序功率的原理檢測出漏電，使分開關(guān)無法正常啟動(dòng)。

對(duì)本次低壓線路的絕緣電阻以及對(duì)地電容進(jìn)行測量，測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)低壓電網(wǎng)的絕緣電阻趨于無窮，而對(duì)地電容卻比較小，無故障線路的對(duì)地電容大約為0.03 μF，而發(fā)生故障線路的對(duì)地電容大約為0.02 μF。故障線路中流過的電流主要是電容電流，為其他非故障線路中的電流的總和。

2.2 總開關(guān)延時(shí)過長

附加直流電源式原理檢測回路無法被分開關(guān)完全切斷，對(duì)漏電線路中最遠(yuǎn)點(diǎn)漏電以及單相進(jìn)行檢測時(shí)，總開關(guān)的36 V附加直流電源需要與各分開關(guān)厄流線圈、三相電抗器、保護(hù)以及接地點(diǎn)進(jìn)行線路連接，構(gòu)成通路，對(duì)所有回路中存在的電容來充電。單個(gè)回路中的電容充電時(shí)間較短，但隨開關(guān)回路的增加，需要對(duì)電容充電的總時(shí)間就會(huì)增長，延長總開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間，降低總開關(guān)的靈敏度，使漏電保護(hù)失去其作用。

3 改造方案

3.1 合理選擇漏電斷路器

漏電斷路裝置有三種類型，分別為交流脈沖型、電流型以及電壓型[3]。合理選擇漏電斷路器能夠有效降低漏電的故障概率。由于三相交流電相互間不平衡導(dǎo)致的漏電容易降低交流脈沖型漏電斷路器的判斷精度，增加其誤判的可能性；電壓型漏電斷路器不適合對(duì)各分路進(jìn)行保護(hù)，適用于保護(hù)地面變壓器的低壓側(cè)。根據(jù)上述分析，低壓反饋線路上適宜安裝電流型漏電斷路器。電流型漏電斷路器具有過壓、欠壓脫口以及短路的功能，能夠有效保護(hù)漏電線路的安全，如圖1所示。

圖1 低壓供電網(wǎng)路采用分層保護(hù)示意圖

3.2 改造分開關(guān)

為了避免分開關(guān)不動(dòng)作的故障，對(duì)分開關(guān)漏電檢測回路進(jìn)行改進(jìn)。將三相電抗器與斷路器常閉輔助接點(diǎn)串接以后再接入厄流線圈。當(dāng)合上分開關(guān)后，斷路器常閉輔助接點(diǎn)就會(huì)斷開，通過完全切除直流電源式檢測回路，來避免總開關(guān)對(duì)分開關(guān)漏電檢測的影響。斷開分開關(guān)后，漏電斷路裝置仍然能對(duì)存在漏電的分支路進(jìn)行閉鎖，中斷電流的流通。

3.3 改造總開關(guān)

考慮1 140 V與660 V兩種電壓不同等級(jí)，需要合理選擇附加電容，根據(jù)通風(fēng)機(jī)房低壓線路的實(shí)際情況，需用規(guī)格為0.22 μF/1.6 kV的電容器。安裝3只0.22 μF/1.6 kV電容器板在總開關(guān)保護(hù)基板上，且將這3個(gè)電容板并聯(lián)后進(jìn)行接地。在三相出線接線柱上接入其余三端。為了避免總開關(guān)的延時(shí)，需要對(duì)總開關(guān)的線路進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)供電線路中電容值較小時(shí)，需要連接附加電容來增加零序功率方向式漏電保護(hù)的電流，需要讓發(fā)生漏電線路的電流大于20 mA，電容大于0.196 μF。

3.4 優(yōu)化漏電斷路器可靠性

通過對(duì)電源線路以及控制線路的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，來增強(qiáng)供電電路的可靠性。根據(jù)一系列的信號(hào)，控制電路作出判斷，輸出相應(yīng)的動(dòng)作信號(hào)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路網(wǎng)絡(luò)。

1）采用雙電源對(duì)電源電路進(jìn)行供電，在線路正常運(yùn)行時(shí)，電路由電網(wǎng)電壓提供。當(dāng)由于線路短路電網(wǎng)電壓變小時(shí)，電路由零序電流互感器的速飽和線圈提供。當(dāng)線路由于短路而發(fā)生故障時(shí)，可以利用零序電流互感器進(jìn)行供電，保證線路的可靠性與安全性。

由于變壓器所占的體積較大，本線路所應(yīng)用的環(huán)境要求電路所占用的體積比較小，導(dǎo)致無法使用變壓器對(duì)電源電路進(jìn)行隔離與降壓。由于電阻屬于耗能類元件，若采用電阻進(jìn)行降壓，會(huì)產(chǎn)生很大熱量及耗損。由于通風(fēng)機(jī)房線路環(huán)境比較惡劣，難以進(jìn)行有效的散熱，而通過電容不僅能進(jìn)行有效降壓，還不會(huì)產(chǎn)生很多的熱量。因此，可以通過電容降壓的方式提供給控制回路一定的滯留電源。

2）控制電路的功能主要有兩個(gè)，分別為：檢測線路中零序電流的數(shù)值以及將零序電流與原設(shè)置的動(dòng)作電流進(jìn)行比較，并使脫扣器線圈通過延長相應(yīng)時(shí)間來獲取一定的電量，使鐵芯互相吸合，迅速打開動(dòng)靜觸頭，切斷故障線路的供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的保護(hù)，其中脫扣器線圈的延長時(shí)間以及電流整定值是利用硬件電路進(jìn)行提前設(shè)定。

當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，如果直接通過控制電路去控制驅(qū)動(dòng)脫扣器線圈，會(huì)使得線路上的負(fù)載過大，當(dāng)線路中負(fù)載比較大時(shí)，會(huì)影響線路的正常工作。因此，平衡小體積電路、電容降壓導(dǎo)致的電源功率較小以及脫扣器線圈驅(qū)動(dòng)能力三者之間的關(guān)系決定了斷路器的使用性能。本次設(shè)計(jì)選擇使用小功率的控制芯片，晶閘管的門級(jí)依靠較小的電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，利用小電流來使脫扣器進(jìn)行脫扣。通過合理平衡上述三者之間的關(guān)系來確保各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，滿足通風(fēng)機(jī)房低壓線路的實(shí)際要求。

3.5 增強(qiáng)煤礦低壓漏電保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作穩(wěn)定性

漏電保護(hù)系統(tǒng)中的分動(dòng)作時(shí)間是判斷其穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)[4]。通風(fēng)機(jī)房的低壓供配電系統(tǒng)中，一般末級(jí)保護(hù)選用磁力啟動(dòng)器，并需要確保磁力啟動(dòng)器漏電閉鎖保護(hù)動(dòng)作的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性以及靈敏性。為了確保在通風(fēng)機(jī)房危險(xiǎn)情況下工人的安全，漏電保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間要相對(duì)較短，且需要安裝具有選擇功能的漏電保護(hù)裝置，其中分支線路饋電開關(guān)要不大于50 ms，且總饋電開關(guān)漏電動(dòng)作時(shí)間要小于等于250 ms。較短的漏電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間以及相應(yīng)的漏電保護(hù)裝置才能確保供電線路的安全性與穩(wěn)定性，滿足通風(fēng)機(jī)房的實(shí)際需要。在對(duì)某一具體煤礦的低壓供電線路進(jìn)行改進(jìn)前，應(yīng)該熟悉通風(fēng)機(jī)房低壓供電線路改進(jìn)的相關(guān)行業(yè)規(guī)范，設(shè)置低壓供電線路的綜合保護(hù)裝置，保證低壓供電漏電保護(hù)系統(tǒng)的靈敏性與動(dòng)作的穩(wěn)定性。在線路出現(xiàn)故障的情況下，漏電保護(hù)裝置能夠及時(shí)進(jìn)行斷電，確保供電系統(tǒng)的安全。

4 結(jié)語

低壓線路的漏電故障不僅影響通風(fēng)機(jī)房供電的良好運(yùn)行，還威脅操作工人的安全。通過將三相電抗器與斷路器常閉輔助接點(diǎn)串接以后再接入厄流線圈，來避免分開關(guān)不動(dòng)作的故障。在總開關(guān)的線路上連接附加電容來增加零序功率方向式漏電保護(hù)的電流，來避免總開關(guān)的延時(shí)故障。采用雙電源對(duì)電源電路進(jìn)行供電、電容降壓的方式以及脫扣器線圈驅(qū)動(dòng)斷電這三種措施來增加漏電保護(hù)裝置的可靠性。通過上述改進(jìn)措施，增加了漏電保護(hù)裝置靈敏性與動(dòng)作的穩(wěn)定性，確保低壓供電線路安全。