借助失壓保護(hù)延時(shí)功能提升煤礦供電系統(tǒng)的可靠性分析

郝小鵬

（西山礦務(wù)局馬蘭煤礦，山西太原 030205）

0 引言

煤礦企業(yè)的井下變電所、泵房等重要場(chǎng)所，必須嚴(yán)格遵守煤礦安全生產(chǎn)準(zhǔn)則規(guī)范，實(shí)行雙電源線路供電。因此，長(zhǎng)時(shí)間停電事故基本上能夠完全避免。但是相比之下，由于供電系統(tǒng)瞬間低壓閃變?cè)斐傻?，引發(fā)低壓保護(hù)動(dòng)作跳閘從而造成礦井短時(shí)間停電事故，因此礦井短時(shí)間停電事故的發(fā)生率相對(duì)較高。一些停電事故雖然發(fā)生的時(shí)間不長(zhǎng)，但給礦井帶來(lái)巨大危害的幾率極大。如通風(fēng)機(jī)瞬間斷電，造成掘進(jìn)工作面通風(fēng)不暢，極有可能引起瓦斯聚集。以及排水設(shè)備瞬間斷電，造成積水聚集在巷道和水泵房?jī)?nèi)無(wú)法排出[1]。

1 變電所母線低電壓瞬間閃變

通常沖擊負(fù)載、直接啟動(dòng)大功率電動(dòng)機(jī)以及供電系統(tǒng)中存在短路故障、上級(jí)電網(wǎng)遇雷電保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致下級(jí)瞬間失壓是造成煤礦變電所母線低電壓瞬間閃變的主要原因。在某煤礦中，前兩種對(duì)變電所母線低電壓瞬間閃變并未產(chǎn)生多大影響，后兩種是造成該煤礦變電所母線低電壓瞬間閃變的主要原因。只有進(jìn)行合理的供電設(shè)計(jì)，大型電動(dòng)機(jī)采用變頻啟車的方法，沖擊負(fù)載和直接啟動(dòng)大功率電動(dòng)機(jī)對(duì)變電所母線低電壓瞬間閃變?cè)斐傻挠绊懖拍苡行П苊狻?/p>

1.1 供電系統(tǒng)短路故障引起低電壓閃變

煤礦井下環(huán)境十分惡劣，同時(shí)電力系統(tǒng)中礦井供電電纜線路繁多，電纜損壞引發(fā)短路故障，故障線路產(chǎn)生的短路電流強(qiáng)度很大，引發(fā)故障線路跳閘，因此短路故障經(jīng)常頻繁發(fā)生；除此之外，在短路跳閘前會(huì)引起供電系統(tǒng)短時(shí)間低電壓，還會(huì)導(dǎo)致低壓閃變產(chǎn)生。短路故障點(diǎn)離電源越近，也就是變電所，則相應(yīng)產(chǎn)生的短路電流越大，促使變電所母線電壓下降幅度越大，從而對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的危害越大。

35 kV以下電壓等級(jí)的速斷保護(hù)時(shí)限通常低于0.5～1 s，若合理啟動(dòng)速斷保護(hù)，則短路故障引發(fā)低電壓的持續(xù)時(shí)間將更短。切除故障線路后，系統(tǒng)電壓能迅速恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)[2]。

1.2 遇雷擊供電系統(tǒng)發(fā)生低電壓閃變

煤礦井下變電所遭遇雷擊的概率不大，遇雷擊是供電系統(tǒng)發(fā)生低電壓閃變的首要原因，上級(jí)35 kV變電站遭遇雷擊時(shí)，其架空線路引發(fā)電網(wǎng)瞬間低壓閃變，上級(jí)變電站高壓柜的過(guò)壓保護(hù)導(dǎo)致下級(jí)井下10 kV變電所進(jìn)線失壓。

雷擊過(guò)電壓基本有直擊雷和感應(yīng)雷兩種形式。由于全程覆蓋避雷針和避雷線，因此感應(yīng)雷在變電站附近發(fā)生的概率較大，而直擊雷發(fā)生的概率較小。

2 低壓閃變對(duì)礦用一般型高壓柜的影響

2.1 礦用一般型高壓柜失壓脫扣器的原理

礦用一般型高壓柜的失壓脫扣器的構(gòu)成，通常為失壓線圈和彈簧兩部分組成，其電源直接從PT變壓器的二次引取，工作電壓為交流100 V。其工作原理是：高壓柜處于合閘狀態(tài)，是由于線圈得電吸合舌簧從而使斷路器持續(xù)處于合閘狀態(tài)；反之，失壓線圈失電后，舌簧被釋放使斷路器處于分閘狀態(tài)。其技術(shù)指標(biāo)要求為，當(dāng)線圈電壓高于65%額定電壓時(shí)，禁止釋放；當(dāng)線圈電壓高于85%額定電壓時(shí)，應(yīng)可靠吸合。當(dāng)線圈電壓低于35%額定電壓時(shí)，鐵芯可靠地釋放；因此，依據(jù)失壓線圈的工作原理可知，無(wú)論是PT斷電，還是電壓下降100 V都會(huì)導(dǎo)致高壓柜不能正常合閘或分閘現(xiàn)象產(chǎn)生[3]。

2.2 母線低壓瞬間閃變對(duì)礦用高壓柜的影響

由于礦用一般型高壓柜無(wú)失壓保護(hù)延時(shí)功能，因此其低電壓保護(hù)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)，主要憑借其斷路器本身的失壓線圈完成。無(wú)論是失壓線圈電壓低于35%額定電壓引發(fā)失壓跳閘，還是母線電壓發(fā)生低壓瞬間閃變引發(fā)100 V電壓失電，均會(huì)造成大范圍停電。

某礦在使用礦用一般型高壓柜保護(hù)器時(shí)，雷擊引發(fā)的停電事故發(fā)生次數(shù)頻繁。當(dāng)35 kV變電站遇雷擊引發(fā)跳閘時(shí)，其10 kV的高壓柜保護(hù)器顯示過(guò)壓報(bào)警，并未發(fā)生跳閘，但是井下高壓柜顯示失壓分閘。由于綜合保護(hù)器具有過(guò)壓和失壓保護(hù)延時(shí)調(diào)整功能，故35 kV變電站使用該保護(hù)器。上級(jí)過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作將導(dǎo)致下級(jí)失壓跳閘。

除此之外，造成變電所母線電壓閃變的還有變電所母線附近區(qū)域發(fā)生的短路故障，促使失壓線圈電壓值比規(guī)定值低，引發(fā)失壓跳閘以及一系列大范圍停電事故[4]。

3 煤礦高壓供電系統(tǒng)失壓保護(hù)延時(shí)技術(shù)

3.1 投入失壓保護(hù)延時(shí)功能的原理

該礦原來(lái)采用的是礦用一般型高壓柜保護(hù)器，現(xiàn)要進(jìn)行改造升級(jí)，采用具有失壓延時(shí)控制功能的施耐德保護(hù)器，并且拆除饋出柜的失壓線圈。

保護(hù)器的欠壓保護(hù)檢測(cè)判斷其是否失壓依據(jù)的是從PT引取的100 V，當(dāng)保護(hù)器檢測(cè)到100 V失壓或低于設(shè)定值后，可人為設(shè)定保護(hù)器延時(shí)幾秒，從而使高壓柜斷路器分閘回路閉合[5]。

短路通常在幾秒內(nèi)引發(fā)母線電壓閃變，但是毫秒級(jí)為雷擊上級(jí)過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作的時(shí)限級(jí)別，因此，欠壓保護(hù)延時(shí)設(shè)置只要設(shè)計(jì)得合理，母線電壓閃變?cè)斐傻牡蛪禾l故障就能夠避免。50 ms～300 s為施耐德Sepam40系列保護(hù)器的欠壓延時(shí)設(shè)定區(qū)間。經(jīng)過(guò)幾年改造后的實(shí)踐證明，礦井供電系統(tǒng)的可靠性有了明顯提高，主要得益于母線低壓閃變?cè)斐傻拇竺娣e停電事故發(fā)生頻率大幅降低。

同時(shí)定期進(jìn)行電纜絕緣值測(cè)試，加強(qiáng)線路檢查和管理。地面35 kV變電站和架空線路加裝防雷設(shè)施，可以有效降低高壓線路短路故障的發(fā)生率，并將導(dǎo)致低壓閃變故障率降到最低[6]。

3.2 加裝失壓延時(shí)控制器的改造方法

將失壓延時(shí)斷開(kāi)裝置安裝到高壓開(kāi)關(guān)里，并與失壓脫扣線圈線路并聯(lián)，是其它礦井單位對(duì)該類型高壓柜進(jìn)行改造的工作原理[7]。

失壓脫扣器的類型不同，其RS和R的參數(shù)指標(biāo)也不同，因此必須進(jìn)行調(diào)試，這是由于其線圈參數(shù)和彈簧彈力不同引起的。調(diào)試規(guī)范指標(biāo)要求如下：首先確定其RS參數(shù)值，當(dāng)失壓脫扣線圈電壓高于80%額定電壓時(shí)，鐵芯可靠吸合；低于35%額定電壓時(shí)，鐵芯能可靠脫扣；其次再確定其R參數(shù)值，要保證失壓延時(shí)保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)，則鐵芯可靠脫扣[8]，需要失壓脫扣線圈工作電源喪失1.5～3s。

4 結(jié)論

在整個(gè)煤礦供電系統(tǒng)中，短路故障和落雷故障會(huì)導(dǎo)致短時(shí)低電壓，給煤礦安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。借助失壓保護(hù)延時(shí)功能，能成功避免變電所母線低電壓瞬間閃變導(dǎo)致的跳閘故障。實(shí)踐證明，失壓保護(hù)延時(shí)功能能有效提高礦井供電系統(tǒng)的可靠性。