談煤礦組合開關保護系統

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摘要:為了最大化實現礦井生產的安全性，針對本質安全型(以下簡稱:本安)先導電路的辨別及原理進行詳細闡述，采取3種方法對其漏電故障進行分析，從電壓、過載、短路3個方面入手分析基于組合開關的低壓電網保護，希望可以從多個角度研發出穩定性較強、安全性較高的組合開關，從而為礦井生產的安全性提供可靠服務。

關鍵詞:組合開關;漏電保護;本質安全電路;保護系統

1礦井低壓電網本安電路

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現有電路是否存在本質安全進行判斷的2種方法。其中，前者是采取目前所有的本安檢測設備來對現存的電路開展爆炸性試驗，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充，最常見的就是判別式與臨界點燃曲線。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，其具有簡便、效率較高等特點。

1．2繼電器隔離方式的本安先導電路原理

礦井內部含有大量的易爆物質，如粉塵、瓦斯。隨著防爆及微機等技術的日益發展及完善，為了保證人員安全，大部分礦井在生產過程中設計成本安先導電路，選擇與其相關的組合開關有效控制礦井中各個設備的運行。但應當注意的是，在運用這種電路時應當重視其外部電路所產生的影響。為了避免本安電路受到外部電路的能量影響導致爆炸產生，常采取機械式、電氣式2種隔離方法。機械式指的是將兩者之間的距離進行擴大，以加強絕緣強度，促使外部電路得到有效隔離。電氣式指的是借助電氣設備自身所具有的隔離性能來對相關的設備進行隔離，如光電耦合器等。

2礦井低壓電網漏電故障分析

漏電保護的作用在于迅速判斷出系統產生的漏電故障，并迅速做出反應加以保護，對供電回路進行有效閉鎖，以避免系統因故障導致的火花而出現瓦斯爆炸問題。對漏電故障加以保護的方法較多，但都不完善，需要加以改善與優化。對于一些應用中性點不接地的系統，所采取的保護方法主要有以下3種。

2．1附加直流電源法

在電網產生漏電故障的時候，通過對直流通路中產生的電流變化進行檢測，促使三相電網對所產生的絕緣電阻實現預先設定的動作值，確保電氣設備系統瞬時斷電，從而對漏電故障進行有效的檢測與保護。根據相應的標準要求，我國礦井工作人員最大的觸電電流為30mA，以便在發生漏電故障時對工作人員加以保護。當電氣設備存在的絕緣電阻值小于漏電閉鎖發生的動作值時，設備就無法閉鎖。所以漏電保護所具有的閉鎖數值通常要設定為漏電動作值的2倍。應當重視的是，這種方法不具有選擇性，應當對其進行完善。

2．2零序電流法

系統運行正常時，在受到各個相電壓的影響下會出現電容電流，但是因為三相相互對稱，電容和是零。同時，通過對電力網絡的接線圖進行分析可知，當線路出現單相接地短路時，發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，可以通過對線路中的電流進行檢測來辨別出是否產生了漏電故障。應當注意的是，這種方法會因電阻數值較大而對故障相存在的電流產生影響，不能對線路中的對地電容電路進行檢測，導致其無法對發生故障的線路進行有效區分。

2．3零序功率方向法

該方法是對零序電流法的完善，適用于線路較為復雜和零序電流法無法達到靈敏度要求的網絡。其原理在于運用檢測到的故障相與其他兩個相的零序功率不相同來進行辨別，即經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基于組合開關的礦井低壓電網保護

組合開關包含了單極、雙極、三極、四極4種類型。在控制線路中，可以采取直接運行或者推動電機的正向及反向運行等。礦井所用的隔爆型組合開關可以對三相交流電機的運行及停止進行控制，也可以與漏電繼電器結合完成漏電保護。以下針對電壓、短路和過載3種保護開展研究，針對以組合開關為基礎的低壓電網保護進行詳細分析。

3．1組合開關對電壓保護

就電力系統來講，當系統的工作電壓小于額定值時，若負荷不產生變化，將會出現過電流，進而導致電機產生故障，而且與之相對應的電機的轉動速率將會降低。若同一時間出現多個啟動電機，將會導致電機無法正常啟動。由此可知，當系統的工作電壓小于額定值時，電機將會受到損壞。過電壓通常存在穩態型、暫態型2種形式。不管是何種類型的過電壓，電力系統都必須針對過壓設置較強的保護功能，以避免電網出現漏電。應當重視的是，與欠電壓相對比，過電壓所造成的危害相對較小，由于電機是處于額定負載值下啟動運行的，隨著電壓的不斷降低，最大電磁轉矩的數值將會持續降低，直至低于負載轉矩的額定值，最終會導致停機。因此，可以利用電流互感器對電網的電壓進行檢測，判斷其是否處于穩定范圍內，并借助組合開關實施解鎖，對低壓電網的電壓實施保護，促使電氣設備運行具備較強的穩定性。

3．2組合開關對短路保護

當異步電機可以正常啟動時，其短路和啟動2種電流的數值基本一致，保護無法有效辨別出電流的類型。尤其是動作值設定較大時，系統產生了三相短路后，保護將會出現拒動。因此，作為礦井中最常見的一種故障，在發生短路故障時，對其電流類型進行正確辨別是開展短路保護的核心。目前，短路保護最常用的方法主要有:①8s返回法。如果在8s內可以將電流值控制在正常范圍內，則判斷其為正常啟動電流;若無法在8s內恢復正常數值，則可判斷為短路故障。②針對動作電流做出分段式處理，為了將啟動和短路2種電流進行有效區分，在啟動電機時，短路電流所需要的動作值需要設定為額定電流的5～8倍，對異步電機在啟動時所形成的大電流進行充分考慮，在完成啟動后將動作值設定為正常數值，以開展短路保護。

3．3組合開關對過載保護

過載指的是輸出功率的數值突然劇增，其數值超出了標準值，如果不對其進行保護，各個設備的電路就會受到損壞，甚至產生一些安全事故。處于復雜環境下，各個設備會出現較大的電流，其原因在于電網產生過載、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，但是其數值要低于短路電流，因此，其對系統及電氣設備產生的影響也要小于短路電流。但是，若電纜線長時間處于過載狀態下，其必定會產生發熱現象，最終會被燒毀，甚至導致爆炸，因此，針對超過額定功率的低壓電網必須實施過載保護。通過對這類保護進行研究發現，其是以反時限保護為基礎，一旦時間超出保護值，組合開關就需要斷開電源。

4結語

組合開關主要應用于礦井產生故障后發生火花時，因此，本安先導電路的設置尤為重要。通過對有效判別低電壓電網中的本安電路及繼電器隔離條件下的電路原理的詳細闡述，并依據漏電故障的分析，以電壓、短路及過載三方面的保護為切入點，對以組合開關為基礎的低電壓電網保護進行介紹，明確穩定、全面及自動化的組合開關能為我國礦井生產的安全性提供更好的服務。

作者：王進超 單位：河南平煤神馬電氣股份有限公司