談煤礦組合開關(guān)保護(hù)系統(tǒng)

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摘要:為了最大化實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)的安全性，針對(duì)本質(zhì)安全型(以下簡(jiǎn)稱:本安)先導(dǎo)電路的辨別及原理進(jìn)行詳細(xì)闡述，采取3種方法對(duì)其漏電故障進(jìn)行分析，從電壓、過載、短路3個(gè)方面入手分析基于組合開關(guān)的低壓電網(wǎng)保護(hù)，希望可以從多個(gè)角度研發(fā)出穩(wěn)定性較強(qiáng)、安全性較高的組合開關(guān)，從而為礦井生產(chǎn)的安全性提供可靠服務(wù)。

關(guān)鍵詞:組合開關(guān);漏電保護(hù);本質(zhì)安全電路;保護(hù)系統(tǒng)

1礦井低壓電網(wǎng)本安電路

1．1本安電路的判定

爆炸性與非爆炸性判斷的方法就是對(duì)現(xiàn)有電路是否存在本質(zhì)安全進(jìn)行判斷的2種方法。其中，前者是采取目前所有的本安檢測(cè)設(shè)備來對(duì)現(xiàn)存的電路開展爆炸性試驗(yàn)，后者則是借助目前所有的本安回路歸納理論來作出辨別。非爆炸性的判斷方法，屬于爆炸性的一種補(bǔ)充，最常見的就是判別式與臨界點(diǎn)燃曲線。若所具有的條件不滿足爆炸判斷的要求，則需要采取非爆炸性的方法，其具有簡(jiǎn)便、效率較高等特點(diǎn)。

1．2繼電器隔離方式的本安先導(dǎo)電路原理

礦井內(nèi)部含有大量的易爆物質(zhì)，如粉塵、瓦斯。隨著防爆及微機(jī)等技術(shù)的日益發(fā)展及完善，為了保證人員安全，大部分礦井在生產(chǎn)過程中設(shè)計(jì)成本安先導(dǎo)電路，選擇與其相關(guān)的組合開關(guān)有效控制礦井中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行。但應(yīng)當(dāng)注意的是，在運(yùn)用這種電路時(shí)應(yīng)當(dāng)重視其外部電路所產(chǎn)生的影響。為了避免本安電路受到外部電路的能量影響導(dǎo)致爆炸產(chǎn)生，常采取機(jī)械式、電氣式2種隔離方法。機(jī)械式指的是將兩者之間的距離進(jìn)行擴(kuò)大，以加強(qiáng)絕緣強(qiáng)度，促使外部電路得到有效隔離。電氣式指的是借助電氣設(shè)備自身所具有的隔離性能來對(duì)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行隔離，如光電耦合器等。

2礦井低壓電網(wǎng)漏電故障分析

漏電保護(hù)的作用在于迅速判斷出系統(tǒng)產(chǎn)生的漏電故障，并迅速做出反應(yīng)加以保護(hù)，對(duì)供電回路進(jìn)行有效閉鎖，以避免系統(tǒng)因故障導(dǎo)致的火花而出現(xiàn)瓦斯爆炸問題。對(duì)漏電故障加以保護(hù)的方法較多，但都不完善，需要加以改善與優(yōu)化。對(duì)于一些應(yīng)用中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)，所采取的保護(hù)方法主要有以下3種。

2．1附加直流電源法

在電網(wǎng)產(chǎn)生漏電故障的時(shí)候，通過對(duì)直流通路中產(chǎn)生的電流變化進(jìn)行檢測(cè)，促使三相電網(wǎng)對(duì)所產(chǎn)生的絕緣電阻實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作值，確保電氣設(shè)備系統(tǒng)瞬時(shí)斷電，從而對(duì)漏電故障進(jìn)行有效的檢測(cè)與保護(hù)。根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，我國(guó)礦井工作人員最大的觸電電流為30mA，以便在發(fā)生漏電故障時(shí)對(duì)工作人員加以保護(hù)。當(dāng)電氣設(shè)備存在的絕緣電阻值小于漏電閉鎖發(fā)生的動(dòng)作值時(shí)，設(shè)備就無法閉鎖。所以漏電保護(hù)所具有的閉鎖數(shù)值通常要設(shè)定為漏電動(dòng)作值的2倍。應(yīng)當(dāng)重視的是，這種方法不具有選擇性，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行完善。

2．2零序電流法

系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，在受到各個(gè)相電壓的影響下會(huì)出現(xiàn)電容電流，但是因?yàn)槿嘞嗷?duì)稱，電容和是零。同時(shí)，通過對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的接線圖進(jìn)行分析可知，當(dāng)線路出現(xiàn)單相接地短路時(shí)，發(fā)生故障一相的線路中流過的電流屬于非故障相的電流之和，因此，可以通過對(duì)線路中的電流進(jìn)行檢測(cè)來辨別出是否產(chǎn)生了漏電故障。應(yīng)當(dāng)注意的是，這種方法會(huì)因電阻數(shù)值較大而對(duì)故障相存在的電流產(chǎn)生影響，不能對(duì)線路中的對(duì)地電容電路進(jìn)行檢測(cè)，導(dǎo)致其無法對(duì)發(fā)生故障的線路進(jìn)行有效區(qū)分。

2．3零序功率方向法

該方法是對(duì)零序電流法的完善，適用于線路較為復(fù)雜和零序電流法無法達(dá)到靈敏度要求的網(wǎng)絡(luò)。其原理在于運(yùn)用檢測(cè)到的故障相與其他兩個(gè)相的零序功率不相同來進(jìn)行辨別，即經(jīng)由故障線路流入到母線的零序電流，其電容性無功功率所具有的方向與正常線路的方向正好相反。

3基于組合開關(guān)的礦井低壓電網(wǎng)保護(hù)

組合開關(guān)包含了單極、雙極、三極、四極4種類型。在控制線路中，可以采取直接運(yùn)行或者推動(dòng)電機(jī)的正向及反向運(yùn)行等。礦井所用的隔爆型組合開關(guān)可以對(duì)三相交流電機(jī)的運(yùn)行及停止進(jìn)行控制，也可以與漏電繼電器結(jié)合完成漏電保護(hù)。以下針對(duì)電壓、短路和過載3種保護(hù)開展研究，針對(duì)以組合開關(guān)為基礎(chǔ)的低壓電網(wǎng)保護(hù)進(jìn)行詳細(xì)分析。

3．1組合開關(guān)對(duì)電壓保護(hù)

就電力系統(tǒng)來講，當(dāng)系統(tǒng)的工作電壓小于額定值時(shí)，若負(fù)荷不產(chǎn)生變化，將會(huì)出現(xiàn)過電流，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生故障，而且與之相對(duì)應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速率將會(huì)降低。若同一時(shí)間出現(xiàn)多個(gè)啟動(dòng)電機(jī)，將會(huì)導(dǎo)致電機(jī)無法正常啟動(dòng)。由此可知，當(dāng)系統(tǒng)的工作電壓小于額定值時(shí)，電機(jī)將會(huì)受到損壞。過電壓通常存在穩(wěn)態(tài)型、暫態(tài)型2種形式。不管是何種類型的過電壓，電力系統(tǒng)都必須針對(duì)過壓設(shè)置較強(qiáng)的保護(hù)功能，以避免電網(wǎng)出現(xiàn)漏電。應(yīng)當(dāng)重視的是，與欠電壓相對(duì)比，過電壓所造成的危害相對(duì)較小，由于電機(jī)是處于額定負(fù)載值下啟動(dòng)運(yùn)行的，隨著電壓的不斷降低，最大電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)值將會(huì)持續(xù)降低，直至低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的額定值，最終會(huì)導(dǎo)致停機(jī)。因此，可以利用電流互感器對(duì)電網(wǎng)的電壓進(jìn)行檢測(cè)，判斷其是否處于穩(wěn)定范圍內(nèi)，并借助組合開關(guān)實(shí)施解鎖，對(duì)低壓電網(wǎng)的電壓實(shí)施保護(hù)，促使電氣設(shè)備運(yùn)行具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

3．2組合開關(guān)對(duì)短路保護(hù)

當(dāng)異步電機(jī)可以正常啟動(dòng)時(shí)，其短路和啟動(dòng)2種電流的數(shù)值基本一致，保護(hù)無法有效辨別出電流的類型。尤其是動(dòng)作值設(shè)定較大時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生了三相短路后，保護(hù)將會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)。因此，作為礦井中最常見的一種故障，在發(fā)生短路故障時(shí)，對(duì)其電流類型進(jìn)行正確辨別是開展短路保護(hù)的核心。目前，短路保護(hù)最常用的方法主要有:①8s返回法。如果在8s內(nèi)可以將電流值控制在正常范圍內(nèi)，則判斷其為正常啟動(dòng)電流;若無法在8s內(nèi)恢復(fù)正常數(shù)值，則可判斷為短路故障。②針對(duì)動(dòng)作電流做出分段式處理，為了將啟動(dòng)和短路2種電流進(jìn)行有效區(qū)分，在啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，短路電流所需要的動(dòng)作值需要設(shè)定為額定電流的5～8倍，對(duì)異步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)所形成的大電流進(jìn)行充分考慮，在完成啟動(dòng)后將動(dòng)作值設(shè)定為正常數(shù)值，以開展短路保護(hù)。

3．3組合開關(guān)對(duì)過載保護(hù)

過載指的是輸出功率的數(shù)值突然劇增，其數(shù)值超出了標(biāo)準(zhǔn)值，如果不對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，各個(gè)設(shè)備的電路就會(huì)受到損壞，甚至產(chǎn)生一些安全事故。處于復(fù)雜環(huán)境下，各個(gè)設(shè)備會(huì)出現(xiàn)較大的電流，其原因在于電網(wǎng)產(chǎn)生過載、短路等問題，因此必須密切注意這些狀況。盡管過載電流要高出正常電流，但是其數(shù)值要低于短路電流，因此，其對(duì)系統(tǒng)及電氣設(shè)備產(chǎn)生的影響也要小于短路電流。但是，若電纜線長(zhǎng)時(shí)間處于過載狀態(tài)下，其必定會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，最終會(huì)被燒毀，甚至導(dǎo)致爆炸，因此，針對(duì)超過額定功率的低壓電網(wǎng)必須實(shí)施過載保護(hù)。通過對(duì)這類保護(hù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其是以反時(shí)限保護(hù)為基礎(chǔ)，一旦時(shí)間超出保護(hù)值，組合開關(guān)就需要斷開電源。

4結(jié)語

組合開關(guān)主要應(yīng)用于礦井產(chǎn)生故障后發(fā)生火花時(shí)，因此，本安先導(dǎo)電路的設(shè)置尤為重要。通過對(duì)有效判別低電壓電網(wǎng)中的本安電路及繼電器隔離條件下的電路原理的詳細(xì)闡述，并依據(jù)漏電故障的分析，以電壓、短路及過載三方面的保護(hù)為切入點(diǎn)，對(duì)以組合開關(guān)為基礎(chǔ)的低電壓電網(wǎng)保護(hù)進(jìn)行介紹，明確穩(wěn)定、全面及自動(dòng)化的組合開關(guān)能為我國(guó)礦井生產(chǎn)的安全性提供更好的服務(wù)。

作者：王進(jìn)超 單位：河南平煤神馬電氣股份有限公司