煤礦供電變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的應(yīng)用分析

郭曉敏

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司， 山西 大同 037031）

引言

綜合保護(hù)裝置是煤礦供電設(shè)備例如變壓器、高壓開關(guān)、變電站等重要部分，它具有短路、缺相保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但是傳統(tǒng)煤礦供電系統(tǒng)采用的是繼電器保護(hù)裝置。該裝置雖然能夠起到保護(hù)作用，但是長期供電期間受電磁干擾、振動(dòng)影響，使該保護(hù)裝置靈敏度降低，無法實(shí)現(xiàn)高壓供電安全。雁崖煤業(yè)公司地面共有兩臺(tái)千伏變壓器，主要用于井下采掘設(shè)備，由于原變壓器保護(hù)裝置安裝時(shí)間長，且老化現(xiàn)象嚴(yán)重，在電磁及振動(dòng)作用下，保護(hù)裝置經(jīng)常出現(xiàn)動(dòng)作保護(hù)失效現(xiàn)象，不僅影響井下正常采掘施工，而且在短路情況容易引起變壓器、變電站、供電線網(wǎng)燒毀事故，威脅供電安全。為了解決這一技術(shù)難題，雁崖礦供電科通過技術(shù)研究，對(duì)原變壓器保護(hù)裝置進(jìn)行優(yōu)化，采用了一套微機(jī)綜合保護(hù)裝置。

1 變壓器微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)

變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的機(jī)箱采用超薄型全封閉設(shè)計(jì)，能夠安裝在各類柜體內(nèi)，且內(nèi)部主要由主板、集中控制器、接線端子、顯示器、數(shù)據(jù)采集器、電壓互感器、電源模塊、斷路器、電流互感器、電容、保險(xiǎn)、二極管、電流變換器以及插件等部分組成[1-2]。

1）該保護(hù)裝置的主板采用雙控模式，通過液晶顯示屏連接，可與遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)口對(duì)接，主板的電源來自直流逆變開關(guān)，加裝DPS 芯片。

2）該裝置在使用時(shí)能夠直觀地將各類數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，操作人員可以進(jìn)入保護(hù)裝置內(nèi)部對(duì)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行修正。

3）集中控制器是保護(hù)裝置核心部件，它可以對(duì)設(shè)備的故障類型進(jìn)行判斷并對(duì)開關(guān)的電量進(jìn)行計(jì)算。

4）插件主要包括人機(jī)對(duì)話插件、開出和開入插件、CPU 插件、電源及交流變換插件；其中人機(jī)對(duì)話插件能夠?qū)⒃O(shè)備的各類運(yùn)行狀態(tài)通過指示燈顯示，同時(shí)通過按鍵設(shè)定能夠直觀地對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行操作，使操作人員直觀、詳細(xì)地了解設(shè)備運(yùn)行情況。由于CPU 插件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度快、體積小的特點(diǎn)，表面使用貼裝工藝，可以同時(shí)與保護(hù)裝置內(nèi)的監(jiān)控微機(jī)及保護(hù)管理機(jī)直接通訊。

5）電流變換器能夠?qū)⒍伪O(jiān)測(cè)到的電流信號(hào)變?yōu)槿蹼娦盘?hào)，將強(qiáng)電與弱電分開，供其他插件使用。裝置電源使用交流變換插件，能夠輸出兩路5 V 電壓及一路24 V 電壓；一路5 V 電壓用于通訊，一路5 V 電壓用于數(shù)字器件，一路24 V 電壓用于顯示狀態(tài)量[3]。

6）在斷路器回路中安裝防跳閉鎖模塊，使開關(guān)在分合閘時(shí)不會(huì)對(duì)回路的電流造成影響。使用時(shí)操作人員可以通過設(shè)備操作管理功能來控制斷路器。該保護(hù)裝置還安裝了溫度跳閘功能，設(shè)計(jì)人員通過設(shè)置變位來避免保護(hù)裝置在生產(chǎn)時(shí)受到干擾，確保開關(guān)運(yùn)行的準(zhǔn)確性，消除了電磁干擾和開關(guān)接點(diǎn)抖動(dòng)影響。

2 變壓器微機(jī)保護(hù)裝置工作原理

1）當(dāng)變壓器發(fā)生故障后，電壓及電流的變化會(huì)被互感器及時(shí)捕捉，并將模擬量數(shù)據(jù)信號(hào)傳入保護(hù)裝置，保護(hù)裝置經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換后，根據(jù)保護(hù)裝置設(shè)定的保護(hù)運(yùn)算方式進(jìn)行計(jì)算。例如保護(hù)裝置運(yùn)算的結(jié)果為存在故障，斷路器會(huì)根據(jù)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)決定是否跳閘，同時(shí)將跳閘信號(hào)從輸出端口輸入到控制模塊，最終實(shí)現(xiàn)開關(guān)在故障狀態(tài)下切斷電源的功能[4-5]。

2）變壓器微機(jī)綜合保護(hù)器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，具有運(yùn)算速度快、靈敏度高、內(nèi)核結(jié)構(gòu)高端的特點(diǎn)，同時(shí)安裝最先進(jìn)的信號(hào)處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交換、通訊、監(jiān)測(cè)、保護(hù)、設(shè)定及操控功能，模塊化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了變壓器電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，方便檢修人員后期的維護(hù)。

3）該裝置具有較好的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，可同時(shí)與多臺(tái)設(shè)備相連在同一總線上。該保護(hù)裝置采用全封閉設(shè)計(jì)，能夠確保變壓器在復(fù)雜環(huán)境中保持較好的工作狀態(tài)，同時(shí)保護(hù)裝置還有自我保護(hù)功能，防止檢修人員錯(cuò)誤接線或非正常操作對(duì)設(shè)備造成損傷；此外保護(hù)裝置還具有自我檢查功能，一旦監(jiān)測(cè)到設(shè)備存在異常時(shí)，會(huì)及時(shí)報(bào)警。

3 變壓器微機(jī)保護(hù)裝置主要功能

該套保護(hù)裝置能夠精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)各類電流信號(hào)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)事故時(shí)間的記錄、對(duì)事件的上傳、對(duì)時(shí)間的調(diào)校、對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上傳。此外保護(hù)裝置還具有以下主要功能：

1）零序電流保護(hù)功能。該功能是對(duì)內(nèi)部元件及接地故障的后備保護(hù)，該保護(hù)主要由零序功率及零序過流元件組成。其中零序功率元件可以通過軟件設(shè)定為指向母線或變壓器，也可以通過設(shè)定實(shí)現(xiàn)保護(hù)投、退動(dòng)作。

2）變壓器高壓側(cè)電流不平衡的動(dòng)作保護(hù)功能。該動(dòng)作保護(hù)功能可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的三相電流，并通過計(jì)算得出實(shí)際不平衡電流大于整定電流后，保護(hù)裝置發(fā)出跳閘信號(hào)，使保護(hù)裝置動(dòng)作。通常延時(shí)保護(hù)整定不得小于0.2 s，可防止變壓器在未接入任何負(fù)荷時(shí)三相電流不平衡造成保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

3）過流保護(hù)功能。當(dāng)變壓器負(fù)荷側(cè)電流異常后，為了避免低壓測(cè)的異常電流對(duì)變壓器及電網(wǎng)穩(wěn)定性造成影響，將保護(hù)裝置安裝在變壓器的低壓側(cè)，能夠及時(shí)將負(fù)荷側(cè)的電流切斷來保護(hù)變壓器。

4）限時(shí)速斷保護(hù)功能。速斷保護(hù)裝置通常安裝在變壓器的低壓側(cè)，在母線端及近端發(fā)生故障后，例如斷路器拒動(dòng)作，安裝速動(dòng)保護(hù)能夠有效防止復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)時(shí)限偏長對(duì)變壓器造成損害，及時(shí)將本側(cè)斷路器切斷。

5）差動(dòng)保護(hù)功能。差動(dòng)保護(hù)是變壓器最主要的保護(hù)，可在變壓器發(fā)生匝間層間短路、高壓側(cè)接地短路、內(nèi)部相間短路時(shí)及時(shí)監(jiān)測(cè)。變壓器主保護(hù)由差流速斷、比率差動(dòng)、差流越線告警組成。

4 結(jié)語

1）該保護(hù)裝置通過網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)相連，方便管理人員、操作人員及時(shí)了解供電系統(tǒng)狀態(tài)，同時(shí)在保護(hù)裝置的控制下對(duì)井下供電負(fù)荷自動(dòng)合理分配，降低了供電值班人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

2）該保護(hù)裝置能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并切斷電源，有效避免電網(wǎng)波動(dòng)并及時(shí)監(jiān)測(cè)到異常電流信號(hào)現(xiàn)象，全面提高礦井供電安全穩(wěn)定性，防止對(duì)其他供電負(fù)荷造成影響。同時(shí)能夠準(zhǔn)確地對(duì)各路負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，合理調(diào)整變壓器負(fù)荷，使變壓器的運(yùn)行更為經(jīng)濟(jì)。

3）該保護(hù)裝置能夠?qū)Ω黝惞╇娯?fù)荷進(jìn)行自動(dòng)化、合理化、微機(jī)化、信息化監(jiān)測(cè)，與科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的智能化礦井發(fā)展相適應(yīng)。