煤矿供电保护及其改进

刘迪博

摘要：本文分析了煤矿井下有关保护，同时针对供电系统中目前煤矿现场进行短路保护的措施和反时限过流保护不能区分过流和速断的缺点，分别提出了煤矿井下供电短路保护新设想和给GL继电器另加一个回路信号的改进措施。

关键词：煤矿电气供电保护改进

0 引言

目前煤矿供电设备的电气保护有过流保护、接地保护和漏电保护三种类型。在煤矿安全生产中，煤矿供电保护具有非常重要的作用，保护一般应具有选择性、快速性、灵敏性及可靠性四个基本要求，否则有可能引起保护拒跳、误跳，或者保护跳闸范围扩大，严重时造成井下瓦斯急剧上升，出现瓦斯积聚，甚至发生瓦斯事故，给矿井和人身安全造成严重威胁。煤矿的电气设备和供电系统的保护大多采用继电保护装置，随着计算机技术、微电子技术、信息技术、网络通信技术的不断发展，智能保护系统已经研制成功，在硬件方面，采用具有强大数据处理能力的DSP微处理器，低功耗可编程逻辑芯片和高集成度的专用芯片，使整个系统的可靠性有很大提高，从而保证了生产质量。

1 井下有关保护

煤矿井下的环境较特殊，其设备分为矿用一般型电气设备和矿用隔爆型电气设备，前者不具有防爆性能，适用于没有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所；后者具有防爆和隔爆性能，适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。同时，电气设备按工作电压高低分为低压电气设备和高压电气设备，井下电气设备大多属一类负荷和二类负荷，工作时的电流、电压都较大，对其保护是保证可靠性工作的关键。

1.1 过流保护 电火灾产生的主要原因是电网的过电流，而过电流又是由短路、过载引起的，因此防止电火灾方法就是防止过流的产生。过流保护包括短路保护和过载保护。目前电磁式继电器和电子式继电器均可实现短路保护，而过载保护可由电磁式继电器、电子式继电器和热继电器实现。

1.2 接地保护 电气设备的绝缘损坏，其金属外壳和架构就会带电。当人触及此电气设备时就会发生触电事故，而且我国规定触电的安全极限交流电流值为30mA，因此要通过接地保护限制通过人身的电流使其在极限电流之内。保护接地的关键是将保护接地装置的接地电阻降低到规定的范围内，就可以使流过人体的电流不超过安全极限电流，确保安全生产。

1.3 漏电保护 当电网绝缘电阻小于一定数值时，人触及后会产生触电危险，而且漏电不仅会使设备进一步损坏，形成短路事故，同时还导致人身触电和漏电火花引爆瓦斯、煤尘的危险。因此在井下供电系统中必须装设漏电保护装置实现绝缘监视、漏电保护以及补偿流过人身的电容电流的作用。无选择性漏电保护采用附加直流电源的保护原理，在包含对地绝缘电阻的检测回路中附加直流电源，监视其直流电流的变化，达到监测绝缘电阻的目的。有选择性漏电保护采用零序电流保护原理。零序电流信号由零序电流互感器获得。当未发生漏电时，一次侧三相电流对称，其电流相量和为0，二次侧无电流输出；当发生漏电时，一次侧三相电流不对称，其电流相量和不为0，二次侧有电流输出。

2 改进方案

2.1 过流保护改进 反时限过电流保护由GL型反时限继电器组成的过流保护接线简单，运行可靠，一次投资少，但其缺点是保护动作后值班人员不能立即区分是过流起动或是短路引起的速断起动，如速断起动后再次送电将导致故障点联入电网，扩大事故范围，影响安全运行。

因为GL型继电器由反时限感应和定时限速断两部分组成，触发后都起动一个机械掉牌信号，所以不能区分是哪一部分动作。对此的改进措施是给GL继电器反时限感应部分另加一个回路信号。过流起动动作时，反限时部分先动作，经过一段时间后起动“另加信号”，并推动主接点闭合，使继电器自身机械掉牌信号动作。速断起动时，该部快速吸合推动主接点闭合，自身机械掉牌动作，而另加的反时限感应部分的信号不动作。这样，过流起动两个信号(“另加”和自身)而速断只起动一个信号(自身)，方便地将二者区分开来。曾考虑用光敏系统使反时限部分实现“另加信号”，但要求技术高，造价贵，故改用下述办法：取代原来的GL—11、12、15型而用GL—13、14、16型继电器，其延时接点和一只信号继电器XJ组成另加信号回路。需注意的是：①应根据现场情况选择XJ型号，一般用DX—31系列。②原保护采用GL—11、12、15型继电器者须对应更换为GL—13、14、16型继电器。③XJ采用图1a)、b)两种接法均可，实际采用图1。

2.2 短路保护新设想 目前煤矿现场采用三种办法进行短路保护：①并接电缆增强电流来满足整定值的要求；②在工作面顺槽增加临时变电所，将移动变电站靠近工作面；③增大顺槽巷道断面，将移动变电站放在轨道上靠近工作面。这三种办法都要增加大量投资，安装维护量大，安全性差。在短路发生时有两大特点：①短路电流大；②功率因数高，在0195以上(两相、三相都一样)，正常工作时，工作面电流小于额定值，功率因数在0.85左右。

根据上述短路电流与起动电流变化趋势不同，利用短路时电流脉冲波形宽、而起动电流脉冲波形窄，电机起动时上升及下降沿陡、脉冲波宽度比较窄、短路电流波形比较宽、一般是起动电流波形的2倍以上等特点，用电脑数字技术进行鉴别，来判断电路是否发生短路，而从根本上摆脱受供电线路长短、变压器容量及电压等级的约束，做到井下供电短路保护灵敏、可靠、准确。

3 结束语

改进措施2002年在米村35 kV变电站两块6kV馈出线运行半年，馈出线共跳闸12次(11次过流，1次短路)，全部都即时分辨清楚跳闸类型。同时随着计算机技术、网络技术、可编程逻辑控制器件(PLC)、单片机(MCU)技术、总线技术、微电子技术等的飞速发展，采用软件控制代替触点控制，尤其是PLC、总线技术或液压技术和智能电气设备的结合，使整个系统的可靠性和安全性会有更大程度的提高。

参考文献：

[1]王红俭，王会森.煤矿电工学[M].北京：煤炭工业出版社.2005.

[2]王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术[M].北京：机械工业出版社.2001.

[3]顾永辉，等.煤矿电工手册：第二分册下[M].北京：煤炭工业出版社.1998.

[4]方承远.工厂电气控制技术[M].北京：机械工业出版社.1998.

[5]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S].北京：煤炭工业出版社.2004.