基于煤电钻的载频短路保护装置工作特性研究

何 超，卞和营，叶予光

（1.平高集团有限公司，河南平顶山 467000；2.平顶山学院，河南平顶山 467000）

基于煤电钻的载频短路保护装置工作特性研究

何 超1，卞和营2，叶予光2

（1.平高集团有限公司，河南平顶山 467000；2.平顶山学院，河南平顶山 467000）

针对煤电钻载频短路保护装置时常出现误动作的原因进行了详细的试验分析，证明了实际应用中可以不考虑电缆的物理摆放状态；当负荷电缆长度小于150 m时载频短路保护装置工作基本正常；负荷电缆长度大于150 m时，载频短路保护装置工作不正常，且受电缆的截面积的大小影响将更加明显。

煤电钻；短路保护；载频保护；可靠性

0 引言

煤电钻是煤矿井下煤巷采掘主要钻孔工具之一，是煤矿开采的重要设备[1]。但是在机采工作面，煤电钻很易受到外界因素的影响，如开采深度的增加、开采时的炮击落石撞击电缆引起的短路点燃瓦斯爆炸，将造成整个矿井大面积被破坏，使人民生命安全与国家财产受到严重损失[2-5]。因此煤电钻的短路保护装置动作的可靠性是非常关键的，目前载频短路保护装置是煤电钻中使用较多的，基于此，本文通过试验分析的方法，模拟煤电钻实际的工作环境，对载频信号频率与电缆截面积、长度的关系进行研究，以便获得在煤电钻载频短路保护装置中使用的最佳参数范围，为相关行业提供有力的理论依据，有很大的实际意义。

1 试验电路设计

1.1 试验仪器与材料

380 V/127 V的变压器R一台、RL-15熔断器四个、Z-15接触器一台、UZ-3×4+1×2.5与UZ-3× 6+1×4电缆各300米、毫伏表一台、三相互感器一个、频率计一台、额定电压为127 V的MZ-12型煤电钻一台、万用表和电感电容表各一块。

1.2 试验电路

以平顶山某煤矿正在广泛应用的煤电钻保护装置中的载频短路保护装置为基础，试验电路设计如图1所示。

2 载频短路试验

2.1 实验目的

通过本次实验，研究煤电钻保护装置在不同电缆长度、不同载频频率、不同电缆截面积和不同电缆摆放状态如拉直或盘放等情况下的工作情况。

图1 载频短路保护试验电路原理图

2.2 试验方法

（1）选择一台工作性能较好的煤电钻保护装置，并选用长度和截面积不同的电缆，按图1连接工作线路并接通电源，使其处于正常的待机准备状态。

（2）使电缆处于拉直或盘放的不同状态情况下，观察参数的变化情况。

（3）在KM吸合状态下，用1 μF电容在煤电钻端口分别短接A-B、A-C、B-C模拟短路，在 19.7 kHz、22.9 kHz、 24.86 kHz和26.3 kHz四种频率下进行测试，并做相应记录。

2.3 试验结果

载频短路试验结果如表1

所示。

3 试验结果分析

通过上述试验，根据表1实验数据分析可以得出以下结论：

（1）电缆如拉直或盘放的物理摆放状态对系统可靠性影响不大。

（2）当电缆长度为250 m或200 m时，截面积为4 mm2与6 mm2的电缆在不同频率时载频短路保护状态均为不可靠或不正常；而当4 mm2电缆长度超过100 m，6 mm2电缆长度超过150 m时，保护装置有可能会发生误动作。表明电缆的截面积对系统动作有一定影响，但影响不大。

（3） 当载频频率为 19.7 kHz～24.86 kHz，负荷电缆长度150 m以下时，保护动作基本正常，但根据工作环境需要调整振荡槽路，否则有可能发生误动作现象。在19.7 kHz～24.86 kHz频率范围外或负荷电缆长度增加时短路保护装置将不能正常保护。因此该类载频短路保护方式仅能较好地适应于150 m以下长度的负荷电缆。

4 结语

表1 载频短路试验结果记录表

通过对平顶山某矿生产过程中，煤电钻载频短路保护装置时常出现误动作的原因进行了详细的试验分析，得出如下结论：实际应用中，可以不予考虑电缆的物理摆放状态；负荷电缆长度小于150 m时载频短路保护装置工作基本正常；负荷电缆长度大于150 m时，载频短路保护装置工作不正常，且受电缆的截面积大小影响将更加明显。本研究成果为使用该技术的相关煤矿企业提供了有力的理论依据和技术支持。

［1］王久和.井下短路电流快速检测的研究［J］.华北科技学院学报，2002（1）：16-17.

［2］胡春，肖国龙，龚正平，等.LED电源的短路保护电路设计［J］.机电工程技术，2013，42（5）：71-73.

［3］成凌飞.新型快速断电煤电钻综合保护装置［J］.煤矿机械，2004（6）：25-28.

［4］赵德奇.煤电钻电动机综合保护装置的研制［J］.山东煤炭科技，2005（1）：53-54.

［5］沈玉龙.煤电钻变压器载频短路保护［J］.煤矿机电，1988（3）：64-66.

Study on Performance Characteristics of Carrier Frequency Short Circuit Protection for Coal Electric Drill

HE Chao1，BIAN He-ying2，YE Yu-guang2
（1.Pinggao Group Co.，Ltd.，Pingdingshan 467000，China；2.Pingdingshan University，Pingdingshan 467000，China）

The maloperation cause of carrier frequency short circuit protection device for coal electric drill is tested and analyzed in detail in this research，which proves that Cable physical placement can be ignored in practical application，protect action of carrier frequency is regular when the length of cable is shorter than 150 m，and protect action is abnormal and effected obviously by cross-sectional area of cable when the length of cable is longer than 150 m.

coal electric drill；short circuit protection；carrier frequency protection；reliability

TD421

A

1009－9492(2014)08－0088－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.026

何 超，男，1970年生，平顶山人，工程师。研究领域：电气设备与控制。

卞和营，男，1971年生，河南平顶山人，硕士，讲师。研究领域：机电液智能控制技术。

(编辑：向 飞)

2014－02－18