试论煤矿电气设备与供电系统的保护

赵士强

摘要:煤矿电气设备与供电系统保护是整个煤矿安的重要组成部分,做好煤矿电气设备与供电系统保护工作是做好煤矿安全工作的保障之一,对避免和减少煤矿井下重大安全事故的发生具有十分重要的作用。

关键词:煤矿电气供电系统保护

0 引言

在煤矿生产中,井下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 井下常见的保护类型

由于井下的环境较特殊,电气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。目前,过流保护、漏电保护和接地保护是井下的三大保护。

1.1 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。按其实现保护功能分为无选择性漏电保护和有选择性漏电保护。

1.1.1 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。其装置与分路开关配合使用,其优点是减少停电范围,易于查找故障线路,因此被广泛地使用。

1.1.2 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。该装置需与低压自动馈电总开关配合使用。其缺点是停电范围大,不易判断漏电线路,但结构简单、工作可靠;故仍在使用。

1.2 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。所以过流保护包括短路保护和过载保护。

1.2.1 过载保护 过载是指电动机的运行电流或电气设备工作电流大于其额定电流,但超过额定电流的倍数小些,通常是额定电流的1.5倍以内。引起电动机或电气设备过载的原因很多,如负载突然增加,断相运行以及电网电压降低等。若电动机或电气设备长期过载运行,其绕组或电气设备的温升超过允许值使绝缘老化、损坏。过载保护的动作时间与过载电流大小有关,其动作值设定小于短路保护的动作值。动作延时取决于过载程度,过载程度越大,延时越短;过载程度越小,延时越长,此特性称为反时限特性。延时环节由时间继电器构成,过载时,电流继电器动作,其触点接通时间继电器线圈,经延时后时间继电器触点动作,使执行机构动作,切断主回路电源,同时发出过载信号。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。

1.2.2 短路保护 当电器或线路绝缘遭到损坏、负载短路、接线错误时将产生短路现象。短路时产生的瞬时故障电流可达到额定电流的十几到几十倍,使电气设备或配电线路因过流而产生电动力损坏,甚至因电弧引起火灾。短路保护的动作时间要短,其动作值设定较大,在很短的时间内切断电源。电磁式继电器和电子式继电器均可实现短路保护。

1.3 接地保护 在正常情况下,电气设备的金属外壳及架构不带电,但如果电气设备的绝缘损坏,其金属外壳和架构就要带电。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,达到减少触电危险的目的。

2 煤矿保护装置

继电保护装置是一种能反应系统故障和不正常状态,并及时动作于断路器跳闸或发出信号的自动化设备。熔断器、继电器和接触器等都可以用于保护装置,但由于煤矿系统中正常工作电流和短路电流不断增大,熔断器已不能满足选择性和快速性的要求,继电器和接触器是目前应用较广泛的保护装置。继电保护装置分类繁多其基本结构主要包括以下几部分。

2.1 现场信号输入装置 现场信号送入继电保护装置一般要进行必要的前置处理,如采用光电隔离技术,消除干扰信号;电平转换电路使低信号变为强信号易于处理;低通波除高频信号及纹波电压等,使继电器能有效地检测各现场物理量。

2.2 测量装置 它是检测经现场信号输入电路处理后与被保护对象有关的物理量,并与已给定的设定值或自动实时生成的判据进行比较,根据比较结果给出“是”或“非”,即“0”或“1”性质的一组逻辑信号或电平信号,经判断确定保护是否启动。

2.3 逻辑判断装置 它是根据测量部分各输出量的大小、性质、逻辑状态、输出顺序等信息,按一定的逻辑关系组合、运算,最后确定是否应该是断路器跳闸或发出信号,并将有关命令传给执行部分。常用的逻辑一般有“与”、“或”、“非”、“延时”、“记忆”等功能。

2.4 执行装置 它是根据逻辑判断部分送来的出口信号,完成保护装置的最终任务,主要负责保护装置与现场设备的隔离、连接、电平转换、出口跳闸的功率驱动,以及现场设备状态信息的返回等,以使继电保护装置能可靠地工作:电气设备和电力设备发生故障时跳闸,不正常运行时发出信号,正常时不动作的理想状态。

3 结束语

要想搞好井下电气安全,电气设备和供电系统的保护是基础,同时每个矿井必须明确专职专业技术人员,具体负责井下电气安全管理工作。完善责任制,要加强井下电气设备专业化管理,配齐防爆组、电气管理组、电缆组、小型电器组四个专业组人员,定期对各专业组人员进行培训、考核工作,切实履行起电气管理专业职能,确保煤矿安全稳定生产。

参考文献:

[1]天津大学.电力系统继电保护原理[M].北京:水利电力出版社.1984.

[2]陈俊源等.低压触电保护器[M].上海:上海科学技术出版社.1988.

[3]李义编译.国外煤矿井下配电系统与设备[M].北京:煤炭工业出版社.1981.