相敏保护在煤矿井下供电系统中的应用分析

赵磊磊

（江苏矿业工程集团公司第四工程处,江苏　徐州　221140）

相敏保护在煤矿井下供电系统中的应用分析

赵磊磊

（江苏矿业工程集团公司第四工程处,江苏徐州221140）

摘要：随着科学技术的不断发展，煤矿企业中出现了更多的高产高效矿井，煤矿的机械化程度也随之提高，煤矿生产机械设备的装机容量越来越大，使得电动机的启动电流增大。传统的短路不能已经不能适应现代化矿井供电系统短路保护的需要。而借助相敏短路保护，跟传统意义上的计算方法进行比较，设定的短路电流值较小。传统意义上的计算方法将短路电流整定值计算出来之后，借助相敏短路保护仅仅需要取其它的系数整定就可以。为此，本文阐述了相敏保护的必要性、相敏保护的原理、相敏保护的实现，以及相敏保护的应用。

关键词：相敏保护；煤矿；供电系统；应用

0　引言

由于煤矿井下供电系统所处的环境非常恶劣，设备受潮，绝缘老化的现象时常出现，特别是在有些设备受到机械损伤时没有及时加以维护，都会影响煤矿的安全生产。这些因素的存在都可能引起煤矿企业井下供电线路和电气设备缺相或短路故障发生，如果不能及时处理这些线路故障和设备，可能会引发更为严重的事故。所以说如果及时发现设备出现断相或短路故障时，一定要及时迅速处理好，及时进行排除故障，防止事故发生蔓延，从而造成更大的事故，造成更大的伤亡。目前这种故障的状态主要是靠过电流保护实现，过电流保护动作值的整定是按照躲过最大容量电动机的起动电流或者和它同时运行的电气设备的额定电流之和作为依据，当煤矿井下供电线路短路电流过大时，这种整定方式就能满足过电流保护灵敏度的要求。由于我们现在煤矿企业井下使用的很大电动机的启动电流较大，其启动电流值与线路出现短路故障时出现的电流值相近，这就使出现短路故障时较难整定。一般的保护装置是将短路电流的整定值设为电动机的额定电流的十倍，这样就能躲开起动电流。如果起动电流较大时，因不能区别出三相短路或电动机正常起动，就容易发生误动作。有的保护装置是利用延时的方法来躲开正常起动，这种做法也不是很妥当，因为如果再起动的过程中恰好出现短路故障时，就不能对故障的线路进行保护。对于相敏保护装置来说，恰好能解决这些问题，能起到真正保护的目的。本文重点就是论述相敏保护装置在现代化矿井供电系统中的应用。

1　相敏保护的必要性

在新的形势下，煤矿采掘面进一步地延伸，可是相应的电缆横截面积和电气设备容量等未能够得以提高，这严重地制约了短路保护的场地的应用，而通过传统意义上的整定短路的方法，或者是实施分段保护的策略、或者是使得电缆的横截面积增加、或者是增加变压器的容量。然而，难以在短时间内增加变压器的容量，实施并联变压器的策略难以实现高的安全要求、投入资金多，以及不利于巷道布置的合理性，而使电缆横截面积增加的策略仅仅可以并联应用电缆，如此不但制约空间狭小的巷道质量标准化工程，而且应用多根电缆使得电缆的故障点增多，而实施分段保护的策略，一方面使得保护开关的应用量增多，另一方面分段保护具有相应的危险性，且发生了故障之后，同时应用多个开关使得判断场地故障的难度提高，进而不能够迅速地将故障排除。这不利于煤矿的顺利生产。鉴于此，在煤矿井下供电系统中应用相敏保护是必然的。

2　相敏保护的原理

在对供电设备和线路在断相以及短路情况下电压、电流相位的改变，能够发现启动电机过程中的相位有显著的改变，在发生故障的时候，会存在几相或者是一相电压与电流相位差超前或者是接近零，在启动电机的过程中，电流相位一直属于滞后的电压，并且比正常工作过程中的相位差增大，凭借这个特性能够对设备或者是供电线路一系列过电流是因为非正常状态还是大容量电机导致的过电流进行区分，尽管是比较小的断相以及短路电流也可以很好地加以区别，进而使过电流整定的动作值得以减小，以及使过电流保护灵敏的程度大大地增强。结合这个原理进行分析，需要对电压相位差和电流相位差实施电流保护之相敏过保护装置进行设计。

3　相敏保护的实现

设备或供电线路通过I-V转换电路以及电流互感器，转化电流信号及其电流是一定比例之电压信号V，此信号以整形电路以及移相的方式形成等同于电流相位的方波信号。向信号比较电路输送的电流和电压方波信号电路在电压相位快于电流相位的过程中，将电压与电流相位差一致的方波信号输出。然而，电流相位快于电压相位的过程中，此电路不能够把信号进行输送，它借助信号比较电路对电压与电流的相位差进行比较，对因为断相、短路、启动大容量电机而导致的过电流，借助相位整定的电路，能够对电压以及电流相位差动作范围进行调整，并且借助电流整定电路能够对过电流的最大值进行调整，进而确保设备或供电线路超出这个整定值的过程中可以迅速地跳闸。

4　相敏保护的应用

在煤矿井下倘若实施传统意义上的普通方法难以整定供电场合，从而无法有效地保护供电系统。倘若实施相敏保护，能够降低短路电流整定值，以及确保启动电机过程中的大电流（超出或者是实现短路整定值），不会导致开关的跳闸，由于相敏保护的长处是可以将线路当中的短路电流、启动电流、大电流进行区分，倘若线路当中发生短路电流，那么开关能够瞬间地动作。

相敏短路保护的应用，仅仅需要取其它的系数整定就可以，并且保障短路过程中的保护动作，启动电机的时候，尽管线路电流比整定值大，保护也不会动作，因而使得短路保护的安全性与稳定性得以增强。

5　结论

综上所述，在煤矿井下供电系统中应用相敏保护，使得相敏保护的稳定性与先进行得以验证,相敏保护能很好地实现电流保护的功能，又提高了电流保护动作的可靠性，又解决了井下低压电网大功率电动机的启动问题，并且使得供电的安全性大大地提高，将煤矿井下采掘所面临的短路保护问题解决，在没有提高当前有关生产设备技术的情况下，大大地提升了企业的经济效益以及场地管理水平，体现出了科学技术的巨大优势，奠定了进一步推广相敏短路保护的基础。

参考文献：

[1]宋建成,王雁欣.基于功率因数检测的矿井低压电网相敏保护的研究[J].电网技术，1999（02）：40-41.

[2]冯建勤，宋寅卯.基于电流采样值的相敏过电流保护[J].电力系统及其自动化学报，2006（03）：79-80.

[3]李霞.矿用低压隔爆型磁力启动器智能保护器的研制[D].西安：西安科技大学，2007.

[4]王启龙，王艳.谈谈多回路组合开关的应用[J].煤炭技术，2004（03）：43-44.

[5]张继红.基于 PLC 控制的3.3kV 移动变电站测控系统的研究[D].太原：太原理工大学，2004.

作者简介：赵磊磊（1985—），男，湖北十堰人。2007年毕业于河南理工大学自动化专业，助理工程师，从事机电技术与管理工作。