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        低電壓保護在煤礦井下防晃電中的應用

        1 研究背景

        隨著國家淘汰煤炭落后產能的逐步推進,煤礦企業對安全生產的要求也不斷提高,煤礦安全生產形勢越來越嚴峻。隨著煤礦機械化、自動化水平的提高,煤礦企業對礦井供電安全的要求越來越高,由于供電系統運行過程中往往受到各種外界因素的影響,如雷擊、臺風、短路等,容易造成供電系統瞬時的電壓波動或失壓現象,其發生時間一般不超過1.5s,并能自發恢復正常供電,即為日常所說的晃電現象。

         

        2018525日 和729日,因雷雨天氣,礦區多條礦井架空電源線路落雷造成供電系統繼電保護動作,瞬間電壓缺失,引發井下隔爆高壓開關綜合保護裝置欠(失)壓保護動作,造成井下大面積停電或引起局部通風機停風、瓦斯超限等問題,對礦井的安全生產造成了較大的威脅。

         

        供電系統中低電壓(由于系統閃絡)是造成欠壓保護動作的主要原因。礦井供電系統中低電壓通常是由以下幾個原因引起的:沖擊負載、大型電動機啟動、供電系統故障以及雷電天氣。前兩種原因在礦井高壓供電系統中影響不嚴重,只要設備的供電設計合理或改變沖擊負載及大型設備的啟動方式,對供電系統的沖擊可以限制在一定范圍內,不會對供電系統運行造成影響。后兩種故障電流大、對電網沖擊較大、影響范圍廣,是造成供電系統低電壓的主要原因。

         

        2 礦井設備現狀

        欠壓保護主要有2個保護作用:電源電壓下降到額定電壓的75%時,欠壓保護動作切斷負荷電源,防止因為電壓過低損壞電氣設備;當電源停電時,欠壓保護分斷電源開關,當電力系統恢復正常時,必須人工合閘,防止電源恢復時,開關合閘,電動機自行啟動或發生其他事故,從而保證安全。

         

        按照《煤礦安全規程》及其他相關規程、規范要求,對定值進行規范整定,電壓定值降至額定電壓75%,適當增加延時時間。確保系統在瞬時低電壓時,開關不跳閘,不影響井下保安負荷的安全運行。系統電壓低于額定電壓的75%時,開關能延時跳閘,確保設備在欠電壓運行時不被損壞。

         

        根據晃電的特點,在礦井地面上級電網瞬間電壓缺失期間,保持井下隔爆高壓開關綜合保護裝置低電(失)壓保護不動作,就能在上級電網發生晃電期間大大減少對煤礦井下供電系統的影響。但是,要真正實現隔爆高壓開關失壓保護經過延時躲過瞬間(約為12s)電壓缺失,還要綜合保護裝置內部后備電源正確維護及隔爆高壓開關本身控制器延時的合理配合;失壓延時保護必須保證電網真正長時間停電后隔爆高壓開關能可靠動作,防止來電后自動送電引起設備自啟動和其他嚴重后果。

         

        目前,公司車集煤礦井下使用的隔爆高開關均為礦用隔爆兼本質安全型電磁線圈高壓開關。由于綜合保護裝置和控制器產品種類較多,僅有部分新式綜合保護裝置低電壓及控制器有延時功能,經過現場多次模擬試驗,礦井大部分隔爆高壓開關功能不能滿足防晃電要求。

         

        3 利用綜合保護裝置低電壓保護原理

        根據低電壓保護延時原理對其關聯的隔爆高壓開關綜合保護裝置進行技術改造,將綜合保護裝置低電壓保護升級為整定值及延時均可設置,同時對控制器進行升級,將控制器升級為可延時動作。

         

        升級后的綜合保護裝置內部含后備電源,電網停電后可為綜合保護裝置內部供電,按綜合保護裝置內部用戶失壓整定要求,實現隔爆高壓開關低電壓后延時跳閘功能,避免大面積停電事故的發生;隔爆高壓開關設有內部低電壓脫扣延時電路,動作原理如圖1所示。。

         

        當電網電壓波動時,SJ兩端電壓下降,SJ時間繼電器釋放,其常開接點SJ-1延時打開,作用于隔爆高壓開關控制器,使隔爆高壓開關跳閘。同時,可為隔爆高壓開關綜合保護裝置及控制器引入獨立可靠的后備電源,為隔爆高壓開關綜合保護裝置、永磁機構分合閘控制器引入備用防爆蓄電池電源,電網供電電源正常時由隔爆高壓開關自身電壓互感器供電,電網供電電源停電后,自動切換至防爆蓄電池供電。

         

        通過對綜合保護裝置及控制器進行升級,綜合保護裝置在保持原通信規約不變的基礎上,對低電壓保護升級為定值及延時可調,對控制器也升級為延時可調,升級后對綜合保護裝置低電壓及控制器均投入2s延時,升級后能實現隔爆高壓開關失壓保護經過延時躲過瞬間電壓缺失,保證電網真正長時間停電后原開關能可靠動作,防止來電后自動送電引起設備自啟動及其他嚴重后果。

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        4 結論

        煤礦防晃電是一個系統工程,不僅要完善礦井高壓架空電源線路的防雷電設施,對易受雷擊的重點線路和部位要采取局部防雷措施,還要合理設計煤礦井下供電系統,通過科學合理的保護整定,提高完善的供電管理水平。同時,研究推廣連續供電技術、智能電網自愈合系統、備用電源以及母聯快速切換技術等,最大限度降低晃電對供電系統的危害。本文根據晃電的特點,提出了一種簡單可行的技術方案,該方案投入少、施工簡單、可靠性高,有利于保障煤礦的安全生產。

         

        上海求所生產的智能防晃電模塊是為解決設備在連續生產過程中由于電網電壓不穩定造成停機事故而研發的一種專用模塊,它能夠實時檢測設備運行中的電壓狀態,如果電網電壓突然發生晃電現象,在設定時間內電網電壓又快速恢復正常,該模塊可以使接觸器保持不脫扣,從而使設備繼續,避免生產事故的發生。

         


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